3D打印（3D Printing）

情境示例 大卫是加拿大不列颠哥伦比亚省一所大学的人类学博物馆的一名研究员。他的导师布莱恩博士建议他在学习中心熟悉扫描仪和3D打印机。3D打印机利用建模软件发送的规格说明创造出3D物件。在说明的帮助下,3D打印机可以用过热塑料或聚碳酸酯一次建立起某个对象的一层,最大可达1立方英尺。大卫可以做出博物馆收藏品中很多较小物品的3D扫描模型,任何人只要拥有一台3D打印机,就可以运用这些模型随时随地创造出复制品来？     

喷墨生物3D打印的组织工程和药学应用（英文）

生物3D打印具有通过层层叠加增材制造的方式构建所需载活细胞3D结构的能力。作为生物3D打印技术的重要组成部分,喷墨生物3D打印利用载细胞液滴作为基本单元,构造仿生组织或器官,以期用于替代人体损伤或病变的组织或器官。由于其优异的打印精度和准确性,喷墨生物3D打印目前已被广泛应用于组织工程和药物研发等领域。然而,尽管大量的应用已证明其在不同领域内的可行性和广泛适用性,喷墨生物3D打印仍然受限于生物材料的选择和打印工艺。本文针对喷墨生物3D打印,首先归纳总结了现有关键打印技术、可打印生物材料和其在组织工程和药学领域内的典型应用,进而对其面临的关键挑战和潜在解决方案进行讨论。     

同轴生物3D打印器官原型——从营养输送到血管化（英文）

组织/器官内的血供系统,为组织提供了必要的营养及代谢交换。而在体外构造组织/器官原型时,如何在大尺寸结构中构建营养网络,是长期以来的技术难题。近年来,同轴生物3D打印技术为该问题提供了一种极具潜力的解决方案。同轴生物3D打印技术的基本原理是:使用同轴喷头将外层的水凝胶材料和内层的牺牲材料共同挤出,打印为所需的复杂结构,内层的牺牲材料去除后形成的中空通路即成为后续培养中的营养网络。该技术结合了传统生物打印方法和牺牲组分3D打印方法的优点,能够一步构造内置营养网络的大尺寸仿生结构,在组织工程和器官重建等领域具有突出的优势。本文结合课题组近年围绕同轴生物3D打印技术所做的一些工作,梳理和总结了该技术的最新研究进展。主要关注以下几点:(1)在同轴3D打印血管时必须考虑的因素;(2)首选生物材料清单;(3)内皮化通道的制造原理及其潜在机制;(4)同轴生物3D打印技术的最近进展;(5)未来的挑战。首先,本文概述了当前生物3D打印中常用的水凝胶材料,包括海藻酸钠(Alginate)、明胶/甲基丙烯酸酐化明胶(Gelatin/Gel MA)和胶原(Collagen)等,介绍了这些材料的生物相容性、可打印性和打印原理等生物3D打印技术中重点关注的因素。随后,论文详述了同轴生物3D打印技术的基本原理、技术特点以及使用该技术构造内含营养网络(特别是血管化)的大尺寸结构的最新尝试。最后,论文展望了同轴生物3D技术未来可能的发展方向。最新的研究进展表明,该技术为快速制造血管化的组织/器官原型提供了可能。     

3D打印仿碳纳米管加筋混凝土单轴受压力学性能研究（英文）

目的:研究3D打印仿碳纳米管加筋结构对混凝土单轴受压力学性能的加固机制。创新点:提出一种采用仿碳纳米管加筋结构对混凝土进行加固的方法。方法:1.以韧性树脂为材料,采用光固化3D打印技术分别制作疏密度为每层10个单元、12个单元和14个单元的仿碳纳米管加筋结构和传统纵横加筋结构。2.将配制的M2.5水泥砂浆作为填充材料,制备直径为100 mm、高为200 mm的圆柱型单轴压缩试件。3.以相同尺寸内部无加筋的素混凝土试件作为参考进行抗压试验。结论:1.与素混凝土相比,当试件采用每层10个单元、12个单元和14个单元的仿碳纳米管加筋结构时,混凝土试件抗压强度分别提高59.77%、85.94%和108.98%。2.当试件采用每层10个单元、12个单元和14个单元的传统纵横加筋结构时,混凝土试件抗压强度分别提高24.22%、46.88%和68.75%。3.仿碳纳米管加筋结构对混凝土的加固效果明显优于传统纵横加筋结构。4.仿碳纳米管加筋后试件的破坏形式随着加筋密度的增加由整体破坏转变为局部破坏。     

3D生物打印技术及其应用

3D生物打印技术是结合计算机辅助软件构建生物三维立体模型的新型制造技术,在肿瘤定位、生物组织器官或三维结构的构造以及再生微环境的模拟等诸多方面具有广泛应用的前景。本文主要从3D生物打印技术的发展历程、应用与研究两个方面及其研究进展进行综述。     

基于3D打印的化学结构建模

利用3D One软件（一款具有自主知识产权的国产3D打印设计工具）强大的建模功能开展校本课程,培养学生空间想象能力和实际动手操作能力,建立物质结构微观模型,搭建宏观物质性质与微观表征的桥梁。将3D虚拟技术引入化学教学,变革物质结构教学理念,拓展化学思维深度,利用建立化学模型的过程多学科交叉融合思维培养未来工程技术人才。     

高导热连续沥青基碳纤维增强复合丝材制备及3D打印（英文）

目的：为满足航天器对树脂导热性能的要求,解决3D打印复杂零件时导热效率低的问题,本研究提出一种新型连续中间相沥青基碳纤维/热塑性聚氨酯/环氧树脂（CMPCF/TPU/epoxy）复合长丝并介绍其制备工艺。创新点：1.该复合长丝的制备基于连续中间相沥青基碳纤维（CMPCF）的高导热性能、热塑性聚氨酯（TPU）的高弹性和环氧树脂（epoxy）的耐高温性能。2.沿导热方向打印长丝,并提出热固性复合丝材打印件的新固化方式。方法：1.采用上浆剂法进行表面上浆,选取水溶性聚氨酯作为表面上浆剂,提升连续中间相沥青基碳纤维聚束性。2.通过增韧预处理,选取TPU作为增韧基体材料,在上浆后的碳纤维束外包裹一层具有高韧性高强度的树脂层。3.采用浸涂处理工艺,选取固态环氧树脂,成功制备出高导热CMPCF/TPU/epoxy复合丝材。4.沿导热方向规划打印路径并进行打印测试,验证复合长丝的可打印性和打印件的导热系数。结论：1.通过对CMPCF进行表面上浆、增韧预处理和预浸处理,成功制备出高导热性能的CMPCF/TPU/epoxy复合长丝;在CMPCF外包裹TPU,解决了CMPCF因脆性而难以打印的问题。2.3D...     

构建面向小学生的3D打印特色教材

为了提高小学生空间想象能力和计算机操作能力,3D创意设计工作室将3D打印技术引入小学综合实践课堂,开发了适合小学生的3D设计与3D打印技术课程,并编写一部3D打印特色教材。教材中引入角色小人物,由小故事将读者带入3D打印世界,同时将三维图形与手绘人物相结合,深深吸引读者持续不断地学习。经实际授课应用,证明该教材满足小学生需求,不仅丰富了小学生的综合实践课堂,更激发了小学生的创新创业热情。     

3D打印模型促进外固定架矫正严重烧伤后踝关节挛缩的手术设计（英文）

目的:评估个体化3D打印模型辅助的手术设计在治疗严重烧伤后踝关节挛缩中的作用。创新点:首次将3D打印模型应用于矫正严重烧伤后踝关节挛缩手术设计中。3D打印模型辅助手术设计显著缩短了手术时间,提高了患者满意度。方法:本研究纳入了来自解放军总医院第一医学中心和空军军医大学第一附属医院的10名患者。根据术前是否使用3D打印模型进行手术设计,将患者分为两组(3D打印模型组和传统手术组)。研究的主要结局指标是手术时间。其他结局指标包括跖胫骨角(MTA)、踝关节活动范围(ROM)、美国骨科足踝协会评分(AOFAS scores)、并发症和患者满意度。结论:与传统术前手术计划相比,使用定制3D打印模型的手术设计显著缩短了手术时间,提高了患者满意度。两组踝关节运动和功能方面改善程度无差别。     

后掠角及反角可控的吻切锥乘波体设计方法（英文）

目的:在飞行器设计中,后掠角及反角会对飞行器的升阻比及横向静稳定性带来影响。本文基于吻切锥乘波体设计方法,将后掠角及反角引入到乘波体的设计过程中,以期实现吻切锥乘波体后掠角及反角的可控设计。创新点:1.通过理论推导建立后掠角及反角与吻切锥乘波体设计中前缘线在水平面投影型线以及激波底部型线的关系;2.通过数值计算,研究后掠角及反角研究对吻切锥乘波体升阻比及横向静稳定性的影响。方法:1.引入基于水平投影型线的吻切锥乘波体设计方法,给出一种前缘点求解方案(图2和4);2.通过理论推导,构建设计参数(后掠角与反角)与乘波体设计输入型线的关系(公式(10)和(11));3.通过数值模拟,验证设计方法的可行性和有效性(图14和15),以及分析非设计点和设计点下后掠角及反角对乘波体升阻比及横向静稳定性的影响(图17～19,21～23)。结论:1.考虑到最大升阻比,后掠角仅在亚音速和跨/超音速时对升阻比起作用,在高超音速时其影响几乎可以忽略;2.在高超音速时,反角会对升阻比产生影响;3.对于乘波器的设计,考虑横向静稳定性时,反角比后掠角更重要;4.下反角有利于横向静稳定性。     

复杂表面3D打印数据获取方法

针对已有光学设备难以对表面复杂工艺品进行空间高分辨率数字化缺点,改用医用CT为数据获取手段,以获取复杂表面藏族工艺品数据为目标,给出了数据获取的采集参数设计策略和原则。以Visualization toolkit 5.8(VTK5.8)为底层程序开发包,在Visual C++ 6.0程序语言环境下给出获取数据文件的主要代码,并利用该数据实现了3D打印的逼真输出。参照原物品照片,利用人工绘制方法还原彩色表面。原件和打印件比对表明,该方法正确有效。     

基于3D打印的物质结构知识建模研究

3D打印可以快速地将理论模型转变成"可视化"模型.在大学化学教学中,不仅可以利用该技术制作复杂灵活的多样化"可视化"模型以帮助学生理解物质结构和轨道理论等抽象概念,而且可以让学生在使用该技术的过程中体验模型的设计并不断提升微观表征能力.     

用于生物医学的新型多孔Ti6Al4V植入物的仿生设计和3D打印（英文）

目的:多孔结构植入体在骨科修复领域具有极大的应用前景.本研究提出了一种在结构与力学性能方面更贴近人体骨组织的多孔Ti6Al4V植入体.创新点:针对骨组织的结构特点,提出了"分层设计"理念,以期更好地模拟皮质骨和松质骨的结构.除了结构相似以外,这种植入体在力学性能和结构稳定性方面同样具有优势.方法:将传统多孔植入体三维晶胞设计方法转化为二维设计理念,设计出一种分层杆连接多孔结构,并利用选择性激光熔融(SLM)技术打印出样品;然后通过光学显微镜评测打印效果,利用单轴压缩试验研究分析样品的力学性能;最后利用有限元方法分析多孔结构的结构稳定性.结论:本研究所设计的新型分层杆连接结构可以通过SLM实现高质量的打印,且尺寸合理,力学性能与骨组织相接近,结构稳定性优于传统多孔结构.这种新型多孔结构植入体在骨缺损修复领域具有较好的潜在应用前景.     

基于联动机构的结构形态创构方法（英文）

目的:寻找以轴力为主要传递荷载方式的单层网壳结构的多种合理形态,改善结构的受力性能,为建筑设计提供多种合理的结构形状方案。创新点:1.建立控制单元组长度的移形方程,并在移形方程的基础上推导基于联动机构势能最小化的结构形态创构方法。2.将分组方式应用于网壳结构形态创构,并通过改变分组形式获得不同的合理结构形状;临时单元与临时力的引入拓展了方法的适用范围,也为形态创构提供了新的途径。方法:1.将机构的单元进行分组,以单元组总长度不变作为条件建立机构移形方程;根据机构势能下降最快的方向调整机构形状,使机构逐步达到势能最低。2.在同一初始模型中,通过改变临时单元、临时力以及单元组的设置来获得多种合理结构形状;通过多个数值算例说明该方法的特性。3.对该方法所生成的结构进行受力性能分析,验证所提方法的可行性和有效性。结论:提出了一种适用于网壳结构的形态创构方法。该方法简单、灵活,可以通过调整临时单元、临时力以及单元组的设置,得出多种以轴力为主要传递荷载方式的合理结构形状。可以为设计者在建筑方案设计阶段提供多种结构形状方案。     

3D打印出的神话

正本期关键词:3D打印3D打印已不算新概念了,它的发展速度令人吃惊——复制梵高丢失的耳朵、给机器人武装上"肌肉"……留学就要学最新最有发展前景的领域,想学3D打印,不妨试试申请本文中介绍的这些大学和研究机构。3D的出现让我们看到了希望,许多被科学家视为"不可能"的东西,变得可能了。除了3D技术的不断提升外,还有3D数据模型开源库的建立,比如,美国NIH的3D打印交流平台。技术+开源库,3D打印将激发新一轮科研潮,也将让3D打印走进普通家庭不再是"神话"。     

钟表的3D打印技术

当今的社会,炒概念变得很重要。从世纪初的千年虫、多媒体,到如今的云计算、物联网,每个概念刚出炉的时候,都好像有通彻天地的本事,就像瓦特发明的蒸汽饥,爱迪生发明的灯泡一样彻底改变我们的生活。看得多了,就会知道,大多数被热炒的概念最后都会变得默默无闻。     

神奇的3D打印假肢

3D打印技术已经开始打印假肢啦!由于人与人的肢体总是或多或少有一些差异,所以以前的假肢并不是完全适合截肢者的身体。但是现在情况完全不同了。Exo假肢系统首先对截肢者的身体进行扫描。研究者设想利用麻省理工学院生物力学实验室的技术,精确测量出截肢者剩余组织的软硬程度,由此便可以制作出近乎完美的袜子——截肢者身体与假肢之间的连接结构。     

妙趣横生的3D打印展

从陌生到熟悉。从高端大气到逐渐平民化,3D打印已经开始逐渐走进我们的生活。6月份在青岛举办的3D打印展展出了很多新的3D打印技术和产品,疾风当然也要去凑个热闹,为淀粉们带来最新的3D打印报告。     

走进手术室的3D打印

<正>我们常常听到3D打印机可以打印食物、衣服鞋子、汽车或者房屋,随着技术的发展,3D打印机能否帮助医生和病人呢?3D打印头盖骨2014年,46岁的西安农民胡师傅在给自家盖房子时,不小心从3楼坠落,而后砸到一堆木头上,左脑盖被撞碎,当场昏迷不醒。在当地医院进行紧急手术后,胡师傅虽然保住了性命,但头部左侧的头盖骨因破损,被拿了出来,导致左侧头骨凹陷,面容变得很奇怪,像是个"半头人"。因为面容异于常人,出门在外时经常遭到他人的议论甚至嘲笑。医生通过3D打印技术,帮胡师傅恢复为