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卡内基研究人员开发全尺寸生物3D打印人体模型的新方法

卡内基研究人员开发全尺寸生物3D打印人体模型的新方法

中国3D打印网11月27日讯,卡内基梅隆大学的一组研究人员开发了一种新的生物3D打印方法,该方法可以生成逼真的全尺寸人类心脏模型。科学家的悬浮水凝胶自由形式可逆嵌入技术(FRESH)涉及将环保型藻酸盐聚合物挤出到定制的明胶容器中,利用他们新颖的方法,该团队旨在与外科医生合作,为手术训练和预计划应用创建针对患者的临床模型。
        该项目的负责人亚当·费恩伯格教授说:“外科医生可以对其进行操纵,并使其真正像真实的组织一样做出反应。因此,当他们进入手术现场时,他们在该环境中又增加了一层实际操作。我们现在可以建立一个模型,该模型不仅可以用于可视化规划,还可以用于物理实践。”
  一种“新鲜”的3D打印新方法
         越来越多的外科医生正在采用3D打印作为开发定制模型的方法,这些模型可以使他们向患者解释心脏程序。使用生物印记生产这些复制品使它们变得现实,但也为将来进行组织工程和再生医学应用提供了可能性。据中国3D打印网了解,目前,诸如立体光刻(SLA)和熔融沉积建模(FDM)之类的常见3D打印技术正在用于再现逼真的器官。尽管这样的方法通常已取得了积极的成果,但迄今为止,它们的广泛采用受到其成本和制造它们所需专业知识水平的限制。为了克服这些限制,Feinberg教授和他的同事们花了两年时间研究如何以全尺寸打印人类心脏模型,并提出了一种FRESH新方法。该小组的新颖技术始于使用从MRI扫描和其他扫描过程中收集的数据来设计准确的3D模型。
       然后使用直径250微米的针头打印最终的设计,该针头将藻酸盐挤出到定制的容器中,该容器的大小足以容纳完整尺寸的复制品。最终发现该小组的新方法可以产生比以前更耐用的模型,从而有可能使它们更有效地用作外科手术训练工具。

该图显示了Feinberg及其团队制造的全尺寸3D打印成人心脏模型
  该图显示了Feinberg及其团队制造的全尺寸3D打印成人心脏模型。图片来自卡耐基梅隆大学。
 3D打印全尺寸手术模型
         在3D打印过程中,科学家将藻酸盐用作模型的主要材料,因为它与有机心脏组织的质地和机械特性非常相似。更重要的是,较软的材料(例如TPU和硅树脂)在重力作用下会发生变形,从而使刚性稍高的藻酸盐成为更合适的选择。
        在制造出一系列原型后,研究人员在明胶容器中对它们进行了12小时的后处理,然后将它们放入培养箱中过夜以去除明胶支持物。一旦准备好了附加心脏模型,Feinberg和他的团队便通过查看聚合物在缝合过程中可以伸展多远的位置来进行测试。结果表明,藻酸盐具有足够的抗张强度,可以制成心脏模型供外科医生进行练习。然后,研究人员开始使用他们的FRESH方法来制造较小的模型,该模型由充满假血的冠状动脉组成,这也可能对培训外科医生有用。

克拉克森大学开发出3D打印的可穿戴生物传感器以防晒伤

克拉克森大学开发出3D打印的可穿戴生物传感器以防晒伤

    中国3D打印网11月24日讯,来自纽约克拉克森大学的研究人员已经开发了一种定制的生物墨水,并将其部署到了一系列与皮肤兼容的生物3D打印传感器中。该团队的新颖墨水设计包括钛纳米颗粒,该纳米颗粒一旦暴露于紫外线下,就会与有色染料发生光催化反应,从而使凝胶变色。利用他们的新混合物,科学家们能够3D打印对皮肤友好的生物传感器,从而使用户能够将因潜在过度暴露于太阳光线而造成的任何损害降至最低。
          该论文的作者之一西尔瓦娜·安德列斯库(Silvana Andreescu)表示:“由于3D打印机已经变得便宜且易于使用,我们决定探索生物3D打印制造这些可穿戴的紫外线响应传感器的能力。当[传感器的]钛被太阳光等紫外线激活时,染料会降解并改变颜色,表明已暴露。”
克拉克森团队的新型生物墨水使他们能够制造一系列对紫外线敏感的生物传感器
  克拉克森团队的新型生物墨水使他们能够制造一系列对紫外线敏感的生物传感器。照片通过“应用材料和界面”期刊获得。
  解决紫外线问题的3D打印技术
           根据美国癌症协会的数据,每年有170万美国人被诊断出患有皮肤癌,仅到2020年,黑色素瘤就将杀死约6,850例此类患者。因此,监视人们暴露于紫外线下的水平现在是一个重要的研究领域,但这也是一个非常困难的领域,因为紫外线的行为是间歇性的。
         为了充分了解紫外线的时空变化,克拉克森团队确定了对快速低成本的检测技术的需求。 3D打印和注塑成型等几种方法被认为是可行的,但研究人员之所以选择前者,是因为其成本较低,可定制选项和总体可访问性。此外,生物打印技术正越来越多地用于创建具有生物学功能的组织构造,使其成为生产该团队的紫外线激活生物传感器的理想选择。但是,在选择了理想的生产方法后,该团队还发现需要一种新的生物相容性墨水,以实现所需的持续安全的皮肤接触。
传感器钛颗粒对紫外线的反应的直观表示
传感器钛颗粒对紫外线的反应的直观表示。图片来自“应用材料和界面”期刊。
  克拉克森小组的反应性生物墨水
         为了使他们的生物传感器成为可能,据中国3D打印网了解。研究人员首先必须创建一种新型的生物墨水,该生物墨水由光敏性二氧化钛(TiO2)纳米粒子和分散在水凝胶中的多色染料组成。还向混合物中添加了藻酸盐和明胶,以使其具有3D打印所需的粘度,并具有类似凝胶的质地,使其具有机械稳定性。选择TiO2是因为它具有光催化能力,这使其能够通过一系列还原-氧化链反应分解有机材料。在此机制的缩小版本中,研究小组寻求在暴露于紫外线辐射后引发传感器中绿色,橙色和蓝色染料的分解。
         在科学家使用CAD软件优化设备设计之后,他们利用Allevi 2 3D生物打印机制造了一系列基本原型,然后进行测试。为了评估3D打印设备的机械稳定性和均匀性,研究小组沿五个不同点对它们进行了纳米压痕。
 研究人员使用Allevi 2 3D打印机3D打印了他们基于生物聚合物的传感器
  研究人员使用Allevi 2 3D打印机3D打印了他们基于生物聚合物的传感器。图片来自Allevi Inc.
       结果表明,模型之间的硬度偏差较小,表明它们具有很强的机械性能,并反映了TiO2颗粒的高分布。在最终产品测试期间,这些传感器还表现出一种奇怪的行为:不同颜色的染料以不同的速率降解至相同的紫外线暴露水平。
        根据他们的发现,研究小组得出结论,可以根据佩戴者的皮肤敏感性或黑色素水平定制其设备,以解决其个人护肤需求。此外,科学家发现他们的传感器具有指示一件衣服或工具是否已暴露在足够的紫外线水平下以进行消毒的能力无论采用哪种方法,无论是在医疗环境中还是在防晒环境中,研究小组都将其生物墨水和生物传感器视为一种低成本,可访问且可自定义的解决方案,可以证明是未来研究的宝贵平台。

SKOLTECH科学家开发了3D打印个性化陶瓷骨植入物的新方法

SKOLTECH科学家开发了3D打印个性化陶瓷骨植入物的新方法

   中国3D打印网11月20日讯,Skolovo科学技术学院(Skoltech)的科学家们开发了一种3D打印个性化陶瓷骨植入物的新颖方法。在他们的研究中,该团队采用了基于仿真的方法来创建灵活,无缺陷的3D模型,这将为其添加植入物提供基础。研究人员对这些设计进行了优化,可以根据特定患者的需要对其进行定制,并使它们更容易与有机组织融合。

华东交通大学:逐点光固化原理的低成本生物3D打印设备

华东交通大学:逐点光固化原理的低成本生物3D打印设备

     生物3D打印机通常价格都比较贵,有没有原理简单、小巧、成本低,适合于入门级的打印方法?EFL一直认为生物3D打印只有逐步成为生物材料、再生医学类研究人员标配的实验仪器,这个行业才会有蓬勃的发展动力,这也是EFL生物打印机研发一直坚持的理念及愿景。
     近期,华东交通大学的刘燕德教授团队联合EFL团队在Bioactive Materials上发表了题为“Lightweight 3D bioprinting with point by point photocuring”的文章,报道了一种基于立体光刻的轻量级3D生物打印系统,该系统具有结构小巧(30*30*20cm)、造价低廉等诸多优点,适合入门级应用。研究人员系统地探索了逐点固化3D生物打印工艺并进行了细胞打印,证明即使是这么简单的系统在保证打印精度的同时也能够很好的维持细胞活性。
      首先,研究人员依据立体光刻原理搭建了一套3D生物打印系统(图1),其可用于甲基丙烯酰基改性的水凝胶的3D生物打印。

尼龙3D打印优化摆放至关重要的三大原因,及实现方法

尼龙3D打印优化摆放至关重要的三大原因,及实现方法

在激光烧结(SLS)和Multi Jet Fusion(MJF)的打印准备工作中,3D摆放是一个十分关键的步骤。就像玩俄罗斯方块一样,3D摆放的目的是将零件尽可能密集地放置到粉床中,从而在确保零件质量的同时,更有效地利用资源。增材制造工厂要从中受益,就需要理解如何优化这个流程,以及它为何如此重要。
1.建立高效的生产
      投资增材制造需要高昂的费用,因此高效、可靠的生产至关重要,这样才能让投资产生最大的回报。为了缩短交货时间、提高生产力,我们往往需要减少关键资源(时间、金钱和劳动力)的耗费。那么如何通过优化零件摆放来实现高效生产呢?有以下几种方式。

美国空军选择Essentium进行航空3D打印维修

美国空军选择Essentium进行航空3D打印维修

   中国3D打印网10月28日讯,工业3D打印机制造商Essentium已被美国空军(USAF)授予为期四年的合同,以推动先进增材制造(AM)解决方案的开发和部署,这些解决方案用于工具,地面支持,维护修理和大修。机队老化,以及军用飞机和地面车辆的飞行认证零件。该项目名为“空军高级增材制造”,是新的美国空军合作组织AFVentures进行的超过5.5亿美元战略融资(STRATFi)计划的一部分,该计划旨在识别和推动具有保护潜力的“大赌注”技术并促进美国空军在未来的统治地位。
        这项为期多年的合作合同有可能通过扩大增材制造和开发经认证的材料,以无与伦比的速度和成本生产出质量稳定的增材制造部件,从而为美国空军和国家警卫局(NGB)节省数百万美元。 Essentium-USAF项目团队将使用Essentium的高速挤出(HSE)3D打印平台测试和开发新材料和新工艺,以保护和提高USAF的竞争和战略能力。

ExOne为美国空军开发新型钢合金粘结剂喷射3D打印工艺

ExOne为美国空军开发新型钢合金粘结剂喷射3D打印工艺

    中国3D打印网10月27日讯,粘结剂喷射3D打印机制造商ExOne被选中为美国空军研究实验室(AFRL)开发一种新型钢合金的粘结剂喷射3D打印工艺。ExOne获得了美国国防制造与加工中心(NCDMM)的合同,使美国空军生产的高强度钢AF-9628能够进行粘结剂喷射。
          ExOne新市场首席技术官兼副总裁Rick Lucas表示:“我们很荣幸能与NCDMM和空军合作开展这一令人振奋的项目。我们期待将我们数十年的粘合剂喷射经验应用到这项重要的3D打印和国防研究中。”
粘结剂喷射通过将液体粘结剂沉积在粉末床上而起作用
 粘结剂喷射通过将液体粘结剂沉积在粉末床上而起作用。通过ExOne拍摄。
  AF-9628和3D打印
     据中国3D打印网了解,3D打印的AF-9628零件比传统的增材制造合金强20%。目前,该合金是通过传统和3D打印方法生产的,包括激光粉末床熔合(LPBF)。但是,粘合剂喷射3D打印将使AF-9628零件的制造成本大大低于目前的成本。NCDMM项目工程师Jason Thomas补充说:“我们期待与ExOne合作开发AF-9628合金的粘结剂喷射添加剂制造工艺,并为空军实现潜在的制造成本节省。”
  为什么使用粘合剂喷射3D打印?
         粘结剂喷射3D打印是一种高速且成本相对较低的制造方法,它可以用金属,沙子或陶瓷粉末生产功能精密的零件。在该过程中,将粘合剂选择性地沉积到粉末颗粒床中,以一次形成一层固体部分。自1996年开发出粘合剂喷射技术的第一批产品以来,ExOne已经为其获得专利的3D打印工艺鉴定了20多种材料。到目前为止,除了超过24种经过研究和开发(R&D)环境测试合格的3D打印合格粉末外,ExOne的3D打印机还可使用10种单合金金属,6种陶瓷和5种复合材料。
          为了使这些材料合格,该公司与H.C.等公司进行了许多重大合作。斯塔克,全球钨与粉,西格里碳素,NASA和橡树岭国家实验室等。与Global Tungsten&Powders的合作关系使两家公司共同努力,进一步在金属粘合剂喷射印刷中使用钨粉。预计这将极大地影响切削工具,耐磨零件的生产以及要求高电导率和导热率的应用。8月,ExOne通过了Inconel 718认证,这是一种镍基高温合金,通常用于高应力航空航天,能源和汽车应用,具有“第三方资格”的地位,是公司为金属粘合剂喷射3D打印提供的最高材料准备水平。

科学家设计了用于无痛药物递送的3D打印微针贴片

科学家设计了用于无痛药物递送的3D打印微针贴片

中国3D打印网10月27日讯,亚利桑那州立大学和南加州大学的研究人员已经开发出3D打印的微针贴片,可用于无痛地输送药物。受帽贝(一种具有极强力的牙齿的水生蜗牛)的层次结构的启发,该团队创建了一个增强的微针阵列,该阵列显示出对长期使用的增强抵抗力。此外,利用磁场辅助3D打印(MF-3DP)工艺,该设备的形态可以在将来进行优化,以在不使患者在临床试验中感到不适的情况下提供药物。联合研究小组的生物启发式针头是使用注入铁的聚合物制成的
  联合研究小组的生物启发式针头是使用注入铁的聚合物制成的。图片来自“高级功能材料”期刊。
  注射剂:3D打印消除了痛苦
       皮下注射针由于其低成本和相对大的容量而可能已经使用了150多年,但是插入时通常会伴有疼痛,并且会产生大量医疗废物。为了解决这些问题,在1970年代引入了微针贴片,这种贴片更方便,能够携带多种药物并在使用时减轻疼痛。
       如果要对这些微针进行3D打印,则可以使用自定义的几何形状来创建它们,以提高不同药物的有效性,但是到目前为止,由于缺乏精确性,这种情况无法避免。例如,熔融沉积建模(FDM)和基于喷墨打印的方法需要大量且昂贵的后处理,以增强和完善设备的功能。
        此外,以前的实验用针必须相对较大以提供足够的强度,但是发现这种增大的尺寸会增加插入过程中的疼痛。为了克服这些限制,科学家们转向了一个不太可能的来源:帽贝。最近的研究表明,海洋生物的牙齿由许多层次的纳米纤维组成,是自然界中发现的最坚固的材料之一。据中国3D打印网了解,基于帽贝的进化优势,该团队试图设计一种具有生物启发性的针头阵列,具有改善的机械性能和无痛药物输送的潜力。

  研究人员使用了创新的磁场辅助3D打印工艺来创建他们的微针
  研究人员使用了创新的磁场辅助3D打印工艺来创建他们的微针。图片来自“高级功能材料”期刊。
  研究人员的生物启发式微针阵列
          帽贝牙齿的强度归因于针铁矿矿物的独特排列,使其很难使用传统的微细加工方法进行复制。结果,联合团队选择部署MF-3DP技术,通过该技术,磁场用于在可光固化聚合物材料中对齐氧化铁纳米颗粒(aIOs)。
          然后,团队使用立体光刻(SLA)系统选择性地固化复合材料,并通过调整不同点处的磁性颗粒浓度来调节针的直径。最终的微针以四边形图案制造,每个圆锥形设备的直径为200 µm,但发现分辨率受针头宽度的影响。通过调整打印机的光穿透深度,该团队发现他们能够更精确地调整其设备的宽度,最终使宽度仅为8 µm。更重要的是,科学家的生物启发性阵列在测试过程中被证明比以纯聚合物印刷的相同设计更坚固,后者具有较低的交联度,并且在插入时会弯曲。为了评估其微针贴片的减轻疼痛的元素,研究人员将其应用于小鼠,并观察到有和没有贴片的行为无差异。该团队还测试了其设备在猪皮肤上的药物输送能力,并发现荧光素可以成功注射并在两天内释放。
          总体而言,科学家们认为他们的方法是成功的,因为他们的微针由于对齐方式而表现出更高的机械完整性。将来,该团队MF-3DP工艺的精确性将有助于开发具有可定制的微观特征的针,以用于生物医学和临床应用。
  3D打印药物输送系统
       微针贴片自1970年代就已问世,因此,近年来3D打印技术的进步导致了众多添加剂变体的发展也就不足为奇了。罗格斯大学(Rutgers University)的一个小组已经部署了一种投影微立体光刻(PµSL)技术,以创建生物启发性的程序单抗微针。基于寄生虫的微钩,蜜蜂的带刺刺的刺和豪猪的羽毛,该设备被设计为可水平变形,从而在插入过程中具有最小的侵入性。

开源PEKK、PEI 高温3D打印机,零件成本1000美元

开源PEKK、PEI 高温3D打印机,零件成本1000美元

  2020年10月23日,密歇根理工大学Joshua Pearce教授的实验室开发出了一种开源的3D打印机,能够用聚醚酮酮(PEKK)和聚醚酰亚胺(PEI,ULTEM)等高温塑料进行打印。而且,这套系统的零件成本不到1000美元,这个项目的成果发表在《HardwareX》上。

时速72公里/小时,号称欧洲首款的3D打印电动汽车亮相

时速72公里/小时,号称欧洲首款的3D打印电动汽车亮相

2020年10月23日,英国3D打印公司Scaled Ltd推出了一款3D打印电动四轮汽车“变色龙(Chameleon)”,时速可达45英里/小时(72公里/小时),号称是欧洲首款3D打印电动汽车。实际上,不少国家和地区都出现过这样的案例了。

变色龙项目是由Scaled公司在封锁期间启动的,目的是展示如何在几个月内利用3D打印技术设计和制造出一辆完全可驾驶的汽车
△变色龙项目是由Scaled公司在封锁期间启动的,目的是展示如何在几个月内利用3D打印技术设计和制造出一辆完全可驾驶的汽车


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