??2019年，在3D打印領(lǐng)域是激動(dòng)人心的一年，打印尺寸、速度、精度一項(xiàng)項(xiàng)原本以為難以跨越的技術(shù)瓶頸，一次次被突破，讓人心潮澎湃，今天我們一起回顧5篇發(fā)表在《Science》上的突破性進(jìn)展。

01

《Science》3D打印革命性升級(jí)！只要光照幾十秒，完美雕像浮出水面

你見(jiàn)過(guò)的那些3D打印機(jī)都過(guò)時(shí)了！以光為刀，簡(jiǎn)單照射。

需要打印的物體就在水中出現(xiàn)。

2019年3月8日加利福尼亞大學(xué)伯克利分校Hayden K. Taylor團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出高速“容積3D打印技術(shù)”，只要光照幾十秒，完美雕像浮出水面。相關(guān)論文以“Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction”為題目發(fā)表在《Science》上。

全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/363/6431/1075

02

《Science》封面：里程碑！科學(xué)家3D打印出會(huì)“呼吸”的人造器官（動(dòng)圖）

“在制造具有功能的組織替代品時(shí)，我們面臨的一大攔路虎就是無(wú)法打印那些為組織輸送營(yíng)養(yǎng)的血管，”本研究的通訊作者之一Jordan Miller教授說(shuō)道：“此外，人體內(nèi)的器官還有獨(dú)立的管道系統(tǒng)，比如肺部同時(shí)擁有氣道和血管，肝臟則同時(shí)擁有膽管和血管。這些互相交織的管道網(wǎng)絡(luò)在生理和生化上相互聯(lián)系，其結(jié)構(gòu)與其組織功能息息相關(guān)?！比绾卧?D打印器官的過(guò)程中兼顧多種不同的管道系統(tǒng)，便成為了科學(xué)家們的研究重點(diǎn)。

▲從設(shè)計(jì)到打印的全過(guò)程

2019年5月3日，美國(guó)萊斯大學(xué)Jordan S. Miller與華盛頓大學(xué)Kelly R. Stevens合作，利用投影立體光刻（projection stereolithography）3D打印技術(shù)，以食品染料添加劑作為生物相容的光吸收劑，只需數(shù)分鐘就可在透明光聚合水凝膠中制備具有3D內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)的血管系統(tǒng)，可在血管內(nèi)實(shí)現(xiàn)混合功能和二尖瓣功能。他們基于空間填充數(shù)學(xué)拓?fù)湓O(shè)計(jì)并制備了互相纏繞的血管網(wǎng)絡(luò)，并模擬肺泡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)人類(lèi)血液中紅細(xì)胞的氧氣交換。此外，他們還以這種具備血管網(wǎng)絡(luò)的可生物降解水凝膠為肝細(xì)胞的組織工程載體，并在慢性肝損傷的小鼠模型中證實(shí)了這種血管系統(tǒng)很有希望用于人工器官的構(gòu)建。相關(guān)論文以“Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels”為題，發(fā)表在《Science》上，并被選為當(dāng)期封面。

全文鏈接：https://science.sciencemag.xilesou.top/content/364/6439/458.abstract

03

《Science》重磅： 從毛細(xì)血管到整個(gè)心臟！3D打印膠原蛋白助力重建心臟

膠原蛋白是人體細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分, 在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中起著維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)、提供粘附、傳導(dǎo)信號(hào)等作用，是作為 “支架” 的理想材料，但制造能夠復(fù)制組織和器官的結(jié)構(gòu)和功能的膠原支架具有挑戰(zhàn)性。

2019年8月2日，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Feinberg教授團(tuán)隊(duì)提出了一種利用懸浮水凝膠自由可逆嵌入(FRESH)來(lái)對(duì)膠原蛋白進(jìn)行3D生物打印，這種方法能夠在不同的尺度上直接獲得具有精確控制組成和微觀(guān)結(jié)構(gòu)的人心臟組織成分，從毛細(xì)血管到整個(gè)器官。相關(guān)論文以“3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart”為題，發(fā)表在《Science》上。

全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/365/6452/482

04

提速1000倍！《Science》：飛秒投影雙光子光刻，3D打印的革新！

基于雙光子光刻(TPL)的亞微米增材制造技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)制備具有納米尺度的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。然而，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用而言，TPL的連續(xù)逐點(diǎn)掃描速度太慢。同時(shí)使用多個(gè)單光電無(wú)法達(dá)到亞微米分辨率，或者無(wú)法模擬復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。美國(guó)加州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Sourabh K. Saha和香港中文大學(xué)Shih-Chi Chen合作提出一種通過(guò)超快激光打印亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。通過(guò)投影2D聚焦平面構(gòu)筑3D模型。這種方法在不犧牲分辨率的情況下將傳統(tǒng)方法的產(chǎn)率提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。能夠在8分鐘的時(shí)間內(nèi)打印出傳統(tǒng)TPL方法幾個(gè)小時(shí)才能完成的結(jié)構(gòu)。相關(guān)論文以Scalable submicrometer additive manufacturing為題發(fā)表在《Science》上。

全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/366/6461/105

05

革命性突破！3D打印登上《Science》，打印速度提升上百倍

2019年10月18日，西北大學(xué)的Chad Mirkin和George B. Rathmann教授開(kāi)發(fā)出HARP（high-area rapid printing）技術(shù)，基于0.2平方米，高度為4米的打印機(jī)床，可以在一個(gè)小時(shí)內(nèi)打印約半米高的零件。這是3D打印領(lǐng)域的創(chuàng)造性技術(shù)革新。這意味著它可以一次打印單個(gè)大型零件或者多個(gè)小型零件。Mirkin等人使用“液態(tài)特氟龍”（Teflon，聚四氟乙烯）在界面上循環(huán)冷卻降低界面的熱量，從而大大提高了打印速度。這篇文章以Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface為題發(fā)表在《Science》雜志上。

基于這項(xiàng)技術(shù)，Chad Mirkin等人也創(chuàng)辦了名為AZUL3D的公司。Chad Mirkin教授預(yù)計(jì)這種全新的3D打印技術(shù)將于18個(gè)月后投入市場(chǎng)。

市場(chǎng)面

伴隨著基礎(chǔ)科研的突破，3D打印市場(chǎng)規(guī)模也將逐步打開(kāi)，據(jù)了解科創(chuàng)板3D打印上市企業(yè)西安鉑力特前三個(gè)季度營(yíng)收1.76億元，比2018年增長(zhǎng)34.85%；歸屬于母公司的凈利潤(rùn)是2620萬(wàn)元，同比去年增長(zhǎng)187%，在一定程度上反映出了一部分3D打印上市公司的兌現(xiàn)能力，反映了3D打印行業(yè)的高景氣。另外比如塑成科技推出新一代3D打印消費(fèi)級(jí)量產(chǎn)運(yùn)動(dòng)鞋，上海正雅齒科推出3D打印透明牙套……個(gè)性化定制成本逐漸下降，已經(jīng)走入尋常人家。

中商產(chǎn)業(yè)研究院研究報(bào)告顯示，2018年，我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到23.6億元，同比增長(zhǎng)42%，伴隨著中國(guó)3D打印技術(shù)的相對(duì)成熟，預(yù)計(jì)2019年中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模近30億元，增速超過(guò)全球水平。

2020年！3D打印獲將迎來(lái)大爆發(fā)！

全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/366/6463/360