3D打印仿生生物材料
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-29
3D打印仿生生物材料的實(shí)例教程
目前可通過(guò)生物礦化、無(wú)機(jī)模板合成等方法仿生天然牙釉質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。然而，上述方法只能在納米尺度、微米尺度或以粗糙的宏觀形狀實(shí)現(xiàn)單個(gè)水平面HAp的有序排列。且天然牙釉質(zhì)不僅有平行排列的外層結(jié)構(gòu)，還有一定偏轉(zhuǎn)角度的內(nèi)層結(jié)構(gòu)。更重要的是，其清晰的宏觀結(jié)構(gòu)（厚度大于1 cm，尺寸大于1 cm）也進(jìn)一步增加了制備仿生牙釉質(zhì)的難度。目前3D打印牙齒從最初的簡(jiǎn)單材料打印牙齒模型的階段，到性能優(yōu)化打印階段，到進(jìn)一步混合活性細(xì)胞、抗菌材料、生長(zhǎng)因子等功能打印階段，其打印精度和效果在不斷地提高，但也并未復(fù)刻天然牙齒的各項(xiàng)性能，離臨床應(yīng)用還有較遠(yuǎn)的距離。
圖1. 多尺度、高精度牙冠的3D打印
東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱美芳院士、張耀鵬教授受到天然牙齒中牙釉質(zhì)多階段生長(zhǎng)的啟發(fā)，基于單分散的“超重力+”HAp基齒科修復(fù)樹(shù)脂材料，采用擠出成型3D打印技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一種自下而上的逐步組裝策略，利用剪切誘導(dǎo)構(gòu)建了多尺度高度有序HAp結(jié)構(gòu)的高精度仿生牙冠（圖1），實(shí)現(xiàn)了天然牙的成分（HAp）、結(jié)構(gòu)（緊密有序）以及性能（力學(xué)及再礦化）仿生。相關(guān)成果以題為3D Printed Strong Dental Crown with Multi-Scale Ordered Architecture, High-Precision, and Bioactivity發(fā)表在Advanced Science上，博士生趙夢(mèng)露為第一作者，北京化工大學(xué)博士生楊丹蕾、范蘇娜博士、姚響副教授和北京化工大學(xué)王潔欣教授為共同作者，張耀鵬教授和朱美芳院士為共同通訊作者。部分實(shí)驗(yàn)完成于上海光源BL19U2線站，北京化工大學(xué)合作制備“超重力+”羥基磷灰石。
圖2.
展開(kāi) 不久前，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)Michael McAlpine研究團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)期刊上發(fā)表了新的研究成果-3D打印仿生眼。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種復(fù)合材料3D打印機(jī)以及導(dǎo)電的油墨材料，在玻璃半球的自由曲面上制造出圖像傳感陣列。
本期，3D科學(xué)谷就與谷友一起來(lái)了解明尼蘇達(dá)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在制造3D打印仿生眼時(shí)所使用的3D打印技術(shù)。
電子技術(shù)與生物學(xué)相融合
McAlpine研究團(tuán)隊(duì)所從事的領(lǐng)域?qū)儆趯?em>生物電子學(xué)領(lǐng)域，他們通過(guò)復(fù)合材料3D打印技術(shù)，在自由曲面和基底上制造打印納米級(jí)的電子油墨。通過(guò)3D打印技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒂性措娮釉O(shè)備與生物學(xué)相結(jié)合，制造自由幾何形狀的仿生器官，例如仿生眼、智能假肢。
明尼蘇達(dá)大學(xué)Michael McAlpine的團(tuán)隊(duì)正在研究多種3D打印材料，用于制造生物電子裝置，左邊第一張圖即為前不久發(fā)布的3D打印仿生眼。圖片來(lái)源：明尼蘇達(dá)大學(xué)。
生物體的器官、組織是柔性的、三維的，并且對(duì)溫度敏感，而通常功能電子器件是平面的、剛性的，如果通過(guò)常用技術(shù)來(lái)制造仿生電子裝置，與生物學(xué)(人體)的器官、組織的特性并不相符。
3D科學(xué)谷了解到，明尼蘇達(dá)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)解決以上問(wèn)題的方式是使用3D打印技術(shù)，提供自由幾何形狀的制造。該方法解決了許多可能性：（1）使用3D打印實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的多功能設(shè)備架構(gòu); （2）采用納米油墨作為引入各種材料功能的有利途徑; （3）3D打印一系列功能性墨水，以實(shí)現(xiàn)從生物到電子的各種材料的交織。
3D打印提供了一個(gè)多尺度平臺(tái)，可以結(jié)合功能納米級(jí)墨水，創(chuàng)建微尺度特征，并最終創(chuàng)建宏觀打印對(duì)象。
展開(kāi) 史蒂文斯理工學(xué)院開(kāi)發(fā)出使用石墨烯發(fā)電的仿生蘑菇，更準(zhǔn)確地說(shuō)，是在蘑菇的菌蓋上添加了3D打印的藍(lán)藻菌群，使真菌具有發(fā)電的能力，并通過(guò)石墨烯納米帶，收集電流。
藍(lán)藻的生產(chǎn)能力驚人，在生物工程界廣為人知。然而，研究人員在使用這些微生物的時(shí)候，卻受到諸多限制，因?yàn)樗{(lán)藻無(wú)法在人工生物表面上存活較長(zhǎng)的時(shí)間。那么，蘑菇是否可以為各種細(xì)菌提供適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)環(huán)境，比如營(yíng)養(yǎng)、水分、pH值和溫度，并在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間里持續(xù)供電呢？
“在這種情況下，我們的這種仿生蘑菇是可以產(chǎn)生電力的，”史蒂文斯理工學(xué)院的機(jī)械工程助理教授Mannoor表示。“通過(guò)整合能夠產(chǎn)生電能的藍(lán)藻和能夠收集電流的納米級(jí)材料，我們創(chuàng)造出了全新的功能性仿生系統(tǒng)。”
在開(kāi)發(fā)仿生蘑菇的時(shí)候，Mannoor和Joshi使用了帶有機(jī)械臂的3D打印機(jī)，第一步打印含有石墨烯納米帶的“電子墨水”。這種打印的分支網(wǎng)絡(luò)像納米探針一樣，充當(dāng)蘑菇帽頂部的電力收集網(wǎng)絡(luò)，獲取藍(lán)藻細(xì)胞產(chǎn)生的生物電子。Mannoor解釋道，可以想象成用針刺入細(xì)胞來(lái)獲得內(nèi)部的電信號(hào)。
據(jù)介紹，這些細(xì)菌產(chǎn)生的電量可以根據(jù)密度和排列方式而變化，密集程度就越高，生產(chǎn)的電力就越多。
來(lái)源：三迪時(shí)空聚焦3D打印
展開(kāi) 螺旋結(jié)構(gòu)普遍存在于動(dòng)植物結(jié)構(gòu)中，而這些生物結(jié)構(gòu)往往具有較高的損傷抗性，具有優(yōu)異的抗斷裂性能。美國(guó)西北大學(xué)的Zaheri等利用Stratasys開(kāi)發(fā)的多材料3D打印機(jī)Connex350對(duì)螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿生打印，借此研究螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷容限性能。
Zaheri等將研究成果發(fā)表分析了甲蟲(chóng)在不同生命階段的鞘翅中纖維的排布特點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)甲蟲(chóng)會(huì)因?yàn)椴煌A段的生物需求，而讓鞘翅中的纖維有不同的排布，如圖1所示，在幼蟲(chóng)階段，纖維是完全螺旋排布；而在成熟階段，纖維呈現(xiàn)不完全的螺旋排布。原因在于，幼蟲(chóng)階段，甲蟲(chóng)最大的需求是保護(hù)自身安全，因此高剛度纖維排布；而在甲蟲(chóng)成熟階段，甲蟲(chóng)需要哺食獵物，因此鞘翅要平衡飛行性能，所以采用不完全的螺旋排布設(shè)計(jì)。
圖1 甲蟲(chóng)在不同生長(zhǎng)階段的結(jié)構(gòu)形態(tài)：幼蟲(chóng)（TypeⅠ）和成熟期（TypeⅡ）
文章中對(duì)不同螺旋角度對(duì)結(jié)構(gòu)綜合性能的影響進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)及分析表明較低的單層螺旋角可產(chǎn)生改善的各向同性和增強(qiáng)的韌性，螺旋結(jié)構(gòu)具有較高的靈活性。
生物中有很多優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可以為人類(lèi)提供嶄新的思路，為工程中的問(wèn)題提供解決方案，為新材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供嶄新的設(shè)計(jì)思路。類(lèi)似這樣的螺旋結(jié)構(gòu)，3D打印為其研究提供了有效技術(shù)支撐，為仿生材料的應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)途徑，在不久的未來(lái)，隨著3D打印科技的發(fā)展，仿生方面的研究將進(jìn)入全新的領(lǐng)域。
來(lái)源：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
展開(kāi) 據(jù)俄羅斯衛(wèi)星網(wǎng)6日?qǐng)?bào)道，俄羅斯“INVITRO”醫(yī)療公司表示，其3D生物打印機(jī)在國(guó)際空間站開(kāi)機(jī)打印生物材料，制造世界上第一個(gè)在太空中打印的器官組織，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。
該公司新聞處的工作人員說(shuō)：“此前在地面接受過(guò)生物打印機(jī)使用培訓(xùn)的俄羅斯宇航員奧列格·科諾年科于莫斯科時(shí)間12月4日17點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行活體組織打印實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)計(jì)劃獲得小鼠軟骨組織以及具有血管結(jié)構(gòu)的小鼠功能性甲狀腺器官構(gòu)造。”
新聞處消息稱(chēng)：“我們正從太空收到照片，在攝像機(jī)屏幕上可以清楚地看到小鼠的甲狀腺活體結(jié)構(gòu)是如何組成和懸浮的。”
據(jù)報(bào)道，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將在12月內(nèi)被送回地球以供研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將在2019年初公布。
報(bào)道稱(chēng)，美國(guó)打算在2019年春將自己的生物打印機(jī)送到國(guó)際空間站。
俄羅斯原計(jì)劃于10月11日由“聯(lián)盟號(hào)MS-10”飛船將第一臺(tái)生物打印機(jī)送入太空，但由于聯(lián)盟-FG火箭發(fā)生事故，因此任務(wù)沒(méi)有完成。俄羅斯“INVITRO”醫(yī)療公司準(zhǔn)備了第二臺(tái)設(shè)備，于12月3日在拜科努爾發(fā)射場(chǎng)由飛船送到國(guó)際空間站。
展開(kāi) 
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3D打印仿生生物材料的最新內(nèi)容
來(lái)源 | Small
作者 | 苗沐霖博士
香港城市大學(xué)呂堅(jiān)院士團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表在Small期刊上的題目為 “3D-Printed Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites” 的文章，制備出了具有優(yōu)異力學(xué)性能且可以實(shí)現(xiàn)精確熱管理功能的碳化硅氣凝膠復(fù)合材料。具有這種結(jié)構(gòu)的氣凝膠復(fù)合材料可用于汽車(chē)電池或精密器件
安田新材料致力于探索增材制造的創(chuàng)新應(yīng)用，為客戶(hù)提供提供3D打印綜合材料解決方案。其推出的3D打印綜合材料解決方案將材料專(zhuān)業(yè)知識(shí)與增材制造能力相結(jié)合，為終端客戶(hù)提供增材制造高性能材料和解決方案。
憑借高分子材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以及包括增材制造設(shè)計(jì)（DfAM）、原型設(shè)計(jì)、按需生產(chǎn)和后期處理在內(nèi)的廣泛服務(wù)內(nèi)容，安田新材料有能力成為您的合作開(kāi)發(fā)伙伴，助您應(yīng)對(duì)來(lái)自3D打印方面的挑戰(zhàn)。
來(lái)源 | ACS Applied Nano Materials
01
背景介紹
由于高密度功率傳輸、架構(gòu)復(fù)雜性、小型化、功能化和新技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，散熱成為了高性能計(jì)算和電子設(shè)備的發(fā)展瓶頸。因此，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的高導(dǎo)熱材料來(lái)解決這一問(wèn)題具有重要意義，常見(jiàn)的導(dǎo)熱填料如氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、金剛石、石墨、金屬顆粒
高性能合金材料的設(shè)計(jì)與3D打印應(yīng)用是近年來(lái)研究的一個(gè)方向。3D打印技術(shù)具有加工復(fù)雜形狀、快速定制、節(jié)省原材料等優(yōu)點(diǎn)，能夠提供一種新的制造方式。通過(guò)3D打印方法，可以在微觀和宏觀尺度上精確控制組織結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)高性能材料的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和定制生產(chǎn)。
點(diǎn)擊參會(huì)
3D打印應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如航空航天、醫(yī)學(xué)、工業(yè)制造等。在航空航天領(lǐng)域，高性能合金材料的3D打印應(yīng)用可用于生產(chǎn)輕質(zhì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、耐高溫的內(nèi)部零部件和發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等
碳纖維/PEKK熱塑性3D打印復(fù)合材料艙門(mén)鉸鏈
瑞士9T Labs開(kāi)發(fā)了一種包含 3 步制造工藝流程的增材融合技術(shù) ( Additive Fusion Technology，AFT) ，并使用該技術(shù)制造了碳纖維/PEKK增強(qiáng)的3D打印直升機(jī)艙門(mén)鉸鏈。另外，與傳統(tǒng)連續(xù)復(fù)合材料增材制造不同的是，3D打印制成的預(yù)成型體需要進(jìn)一步放入模具中熱壓成型，以消除孔隙，得到輕質(zhì)高強(qiáng)的零件
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技術(shù)概述
美國(guó)宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創(chuàng)新者與路易斯維爾大學(xué)和美國(guó)空軍合作，開(kāi)發(fā)了一種增材制造技術(shù)，使用熱固性聚酰亞胺樹(shù)脂生產(chǎn)具有高溫性能的復(fù)合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結(jié)（SLS）來(lái)熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹(shù)脂的粉末狀產(chǎn)品
導(dǎo)讀：復(fù)合材料是兩種或多種不同材料（通常是聚合物和增強(qiáng)材料）的組合，這種材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐高溫和化學(xué)腐蝕等優(yōu)勢(shì)，是醫(yī)療、航空航天、汽車(chē)、體育和工業(yè)等眾多行業(yè)應(yīng)用的理想之選。
2023年5月，南極熊獲悉，美國(guó)3D打印公司Impossible Objects發(fā)布了一款復(fù)合材料3D打印機(jī)，其打印速度號(hào)稱(chēng)比現(xiàn)有技術(shù)快15倍。在南極熊看來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)很像是被淘汰的LOM技術(shù)的升級(jí)版。
2023年CHINAPLAS國(guó)際橡塑展上，南極熊被日均人流量達(dá)8萬(wàn)以上的展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)震撼到了：近20個(gè)展館全開(kāi)，而且每個(gè)展館內(nèi)的觀眾流量都幾乎爆滿(mǎn)，一場(chǎng)展會(huì)把深圳國(guó)際會(huì)展中心附近的主干道路搞得堵車(chē)幾十公里。疫情憋了三年，這一刻得以爆發(fā)。
△展館內(nèi)密密麻麻的人流
在17號(hào)展館，南極熊看到了全球領(lǐng)先的特種化工企業(yè)贏創(chuàng)Evonik的展會(huì)，3D打印材料占據(jù)著重要位置。為了了解這家大型化工企業(yè)的
導(dǎo)讀：3D打印食品是通過(guò)自動(dòng)化增材工藝制備的餐食。曾經(jīng)這種通過(guò)增材制造工藝制作食物的過(guò)程只存在人們的想想中，而如今，在2023年，市場(chǎng)上已有多家3D打印餐廳和不同的食品打印機(jī)。相信很快，每個(gè)家庭的廚房都將配備自己的食品3D打印機(jī)！下面南極熊將探討3D打印食品行業(yè)的流程、食品、可能性和當(dāng)前挑戰(zhàn)。
哪些食物可以 3D 打印？
△自動(dòng)化披薩制作可以看作最原始的3D打印過(guò)程
實(shí)際上
2022年11月15日，2022德國(guó)Formnext 3D打印展會(huì)于在德國(guó)法蘭克福展覽中心開(kāi)幕，共有730逾家企業(yè)確認(rèn)參與本屆展會(huì)，在展會(huì)同期主題活動(dòng)，將圍繞增材制造在建筑、航空航天、陶瓷應(yīng)用和投資界等多樣化領(lǐng)域中的新理念與新趨勢(shì)展開(kāi)討論，南極熊作為3D打印行業(yè)專(zhuān)業(yè)媒體，將對(duì)本次展會(huì)做詳細(xì)的報(bào)道，可以關(guān)注（Formnext 2022專(zhuān)欄：https://www.nanjixiong.com/forum
