（圖源：doob3d.com）
來源：科學媒介中心 程江華 編譯
10月14日，河北工業(yè)大學通過3D打印技術，建造了世界上第一座裝配式3D打印趙州橋，一度引起了公眾的廣泛關注。
3D打印技術還有一個與我們的生活息息相關的功能——3D自拍，隨著智能手機的迅速發(fā)展，人們的自拍照已經(jīng)是司空見慣了。與此同時，3D自拍技術的研究和發(fā)展開始提上了日程。
美國一家名叫DOOB 3D的公司，通過利用54個單反、54個鏡頭、一個復雜的3D建模系統(tǒng)和一臺價值8萬美元的彩色3D打印機，就可以打造獨特的3D自拍。工作人員會在你擺好姿勢后，利用所有的攝像機對你進行幾秒鐘的全身掃描，然后用專有軟件把圖像轉換成高分辨率的3D文件。之后，工作人員將會在生產(chǎn)中心進行3D打印，這樣就可以制作出與你極其相似的細節(jié)雕像啦！
那么，3D打印作為一種新興的技術，一種全新的、顛覆傳統(tǒng)的模式，到底有什么特別之處呢？
揭開3D打印的神秘面紗
3D打印始于20世紀80年代初，3D打印機雖然和普通打印機工作原理基本相同，但是打印材料卻不同。普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料。
3D打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。也就是說，3D打印機是一種可以“打印”出真實3D物體的設備。
如今，最常見的方法是利用光將液體塑料樹脂一層一層地固化成固體。當?shù)谝粚訕渲袒晒腆w并從打印機中抽出后，投影儀會把圖案照亮在新的一層樹脂上，該層繼續(xù)固化并與第一層連接，多次重復該過程便可得到想要打印的產(chǎn)品。
另外，利用3D生物打印這項技術，科學家可以將凝膠支撐槽中的膠原蛋白一層一層地疊加，通過加熱把支撐槽融化，從而打印出一個完好的器官。與大多數(shù)傳統(tǒng)制造工藝相比，3D打印機的精確度足以制造出復雜得多的設計。
兩種新型的3D打印機
2016年2月16日，美國維克森林大學醫(yī)學院的Anthony Atala和他的研究團隊利用改進版的生物打印機，通過把細胞和可生物降解的聚合物材料一起打印，解決了普通3D生物打印機的打印產(chǎn)物在結構上不穩(wěn)定的問題。
此外，他們還在打印構建體的設計中融合了微通道，從而使養(yǎng)分和氧氣能夠輸送到打印產(chǎn)物的任何部位的細胞中，這樣就可以打印出符合人體尺寸且結構穩(wěn)定的任何形狀的組織。
利用改進版的生物打印機打印的完整的耳朵結構（圖源：cosmosmagazine.com）
加州大學伯克利分校的研究人員于2019年1月31日在《科學》雜志發(fā)表文章稱，他們研制出一種新型3D打印機，比傳統(tǒng)的3D打印機打印出的產(chǎn)品表面更平滑、結構更復雜，可以利用光線來塑造物體的形狀，實現(xiàn)液體光固化打印。
傳統(tǒng)的3D打印機是逐層構建打印對象，因此產(chǎn)品邊緣并不平滑，同時也難以生產(chǎn)柔性物體。而新型打印機的樹脂是由液體聚合物與光敏分子、溶解氧混合而成，當液體暴露于特定的光閾值時會激活光敏化合物，同時消耗氧氣。在氧氣耗盡的區(qū)域內(nèi)，聚合物會形成“交聯(lián)”，從而將樹脂從液體變成固體。該技術幾乎不產(chǎn)生廢料，未固化的材料可以100%重復使用，這也是3D打印的另一個優(yōu)勢。
利用新型3D打印機創(chuàng)造的羅丹的“思想者”模型（圖源：eurekalert.org）
3D打印人體器官
9月9日，哈佛大學的研究人員在《科學進展》雜志發(fā)表的一篇文章稱，他們發(fā)明了一種3D打印人體組織的新技術，即犧牲性寫入功能組織（Sacrificial Writing into Functional Tissue， SWIFT）。SWIFT通過將血管通道打印到由干細胞衍生器官構建塊（organ building blocks，OBB）組成的活體基質(zhì)中，克服了3D打印器官任務中不能將氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)注入血管通道的這一主要障礙。
SWIFT過程可以分為兩步，首先讓數(shù)十萬個來自成體誘導的多能干細胞所衍生的聚集體，形成一個密集的OBB生命基質(zhì)，每毫升含有2億個細胞，并且細胞密度與人體器官的密度很相似。然后使用3D打印機，利用基質(zhì)的粘性打印出一個可灌流的通道網(wǎng)絡，該通道網(wǎng)絡可以作為模擬的血管來支持器官，這樣就可以將氧氣和其他營養(yǎng)物質(zhì)輸送到嵌入基質(zhì)內(nèi)的細胞中。
此外，研究人員還特別制作了一個楔形的心臟組織，并利用SWIFT這項新技術在上面打印了一個主冠狀動脈及其分支的復制品，這個長度僅有1.5厘米的迷你心臟獨自跳動了一個多星期。
1.5厘米的迷你心臟（圖源：cosmosmagazine.com）
3D打印的未來發(fā)展態(tài)勢
今天的3D打印技術已廣泛應用于航空航天、汽車制造、軍事、地理、藝術品制造、教育、醫(yī)療和體育領域，這一技術在各領域迅速地發(fā)展。
雖然3D打印在成本、打印材料、精度、速度和效率以及政策監(jiān)管、倫理道德等方面還面臨種種問題和挑戰(zhàn)，但我們相信隨著社會的不斷發(fā)展和科學技術的進步，3D打印技術將極大地改變已有的傳統(tǒng)加工制造業(yè)，并且在未來還將呈現(xiàn)出不斷深化、不斷擴大應用的態(tài)勢！
參考文獻：
https：//cosmosmagazine.com/technology/the-3d-selfie-yes-that-s-now-a-thing
https：//cosmosmagazine.com/technology/new-bioprinter-produces-life-sized-living-tissue
https：//cosmosmagazine.com/biology/a-new-approach-to-3d-printing-human-organs
