2019年，在3D列印領域是激動人心的一年，列印尺寸、速度、精度一項項原本以為難以跨越的技術瓶頸，一次次被突破，讓人心潮澎湃，今天我們一起回顧5篇發表在《Science》上的突破性進展。
01
《Science》3D列印革命性升級！
只要光照幾十秒，完美雕像浮出水面
你見過的那些3D印表機都過時了！以光為刀，簡單照射。
需要列印的物體就在水中出現。
2019年3月8日加利福尼亞大學伯克利分校Hayden K. Taylor團隊開發出高速「容積3D列印技術」，只要光照幾十秒，完美雕像浮出水面。相關論文以「Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction」為題目發表在《Science》上。
02
《Science》封面：里程碑！
科學家3D列印出會「呼吸」的人造器官（動圖）
「在製造具有功能的組織替代品時，我們面臨的一大攔路虎就是無法列印那些為組織輸送營養的血管，」本研究的通訊作者之一Jordan Miller教授說道：「此外，人體內的器官還有獨立的管道系統，比如肺部同時擁有氣道和血管，肝臟則同時擁有膽管和血管。
這些互相交織的管道網絡在生理和生化上相互聯繫，其結構與其組織功能息息相關。」如何在3D列印器官的過程中兼顧多種不同的管道系統，便成為了科學家們的研究重點。
▲從設計到列印的全過程
2019年5月3日，美國萊斯大學Jordan S. Miller與華盛頓大學Kelly R. Stevens合作，利用投影立體光刻（projection stereolithography）3D列印技術，以食品染料添加劑作為生物相容的光吸收劑，只需數分鐘就可在透明光聚合水凝膠中製備具有3D內部功能結構的血管系統，可在血管內實現混合功能和二尖瓣功能。
他們基於空間填充數學拓撲設計並製備了互相纏繞的血管網絡，並模擬肺泡結構實現了流動人類血液中紅細胞的氧氣交換。此外，他們還以這種具備血管網絡的可生物降解水凝膠為肝細胞的組織工程載體，並在慢性肝損傷的小鼠模型中證實了這種血管系統很有希望用於人工器官的構建。相關論文以「Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels」為題，發表在《Science》上，並被選為當期封面。
03
《Science》重磅： 從毛細血管到整個心臟！
3D列印膠原蛋白助力重建心臟
膠原蛋白是人體細胞外基質的主要成分, 在細胞質基質中起著維持細胞結構、提供粘附、傳導信號等作用，是作為 「支架」 的理想材料，但製造能夠複製組織和器官的結構和功能的膠原支架具有挑戰性。
2019年8月2日，美國卡內基梅隆大學Feinberg教授團隊提出了一種利用懸浮水凝膠自由可逆嵌入(FRESH)來對膠原蛋白進行3D生物列印，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結構的人心臟組織成分，從毛細血管到整個器官。相關論文以「3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart」為題，發表在《Science》上。
04
提速1000倍！《Science》：
飛秒投影雙光子光刻，3D列印的革新！
基於雙光子光刻(TPL)的亞微米增材製造技術有望實現量產製備具有納米尺度的複雜三維結構。然而，對於工業應用而言，TPL的連續逐點掃描速度太慢。同時使用多個單光電無法達到亞微米解析度，或者無法模擬複雜的結構。美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Sourabh K. Saha和香港中文大學Shih-Chi Chen合作提出一種通過超快雷射列印亞微米結構的技術。通過投影2D聚焦平面構築3D模型。這種方法在不犧牲解析度的情況下將傳統方法的產率提高了三個數量級。
能夠在8分鐘的時間內列印出傳統TPL方法幾個小時才能完成的結構。相關論文以Scalable submicrometer additive manufacturing為題發表在《Science》上。
05
革命性突破！
3D列印登上《Science》，列印速度提升上百倍
視頻 | 經加速處理，視頻時長 52 秒的大尺寸 3D 列印過程（來源：Northwestern University）
2019年10月18日，西北大學的Chad Mirkin和George B. Rathmann教授開發出HARP（high-area rapid printing）技術，基於0.2平方米，高度為4米的印表機床，可以在一個小時內列印約半米高的零件。這是3D列印領域的創造性技術革新。這意味著它可以一次列印單個大型零件或者多個小型零件。
Mirkin等人使用「液態特氟龍」（Teflon，聚四氟乙烯）在介面上循環冷卻降低介面的熱量，從而大大提高了列印速度。這篇文章以Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid
interface為題發表在《Science》雜誌上。
基於這項技術，Chad Mirkin等人也創辦了名為AZUL3D的公司。Chad Mirkin教授預計這種全新的3D列印技術將於18個月後投入市場。
市場面
伴隨著基礎科研的突破，3D列印市場規模也將逐步打開，據了解科創板3D列印上市企業西安鉑力特前三個季度營收1.76億元，比2018年增長34.85%；歸屬於母公司的凈利潤是2620萬元，同比去年增長187%，在一定程度上反映出了一部分3D列印上市公司的兌現能力，反映了3D列印行業的高景氣。另外比如塑成科技推出新一代3D列印消費級量產運動鞋，上海正雅齒科推出3D列印透明牙套……個性化定製成本逐漸下降，已經走入尋常人家。
中商產業研究院研究報告顯示，2018年，我國3D列印市場規模達到23.6億元，同比增長42%，伴隨著中國3D列印技術的相對成熟，預計2019年中國3D列印市場規模近30億元，增速超過全球水平。
2020年！3D列印獲將迎來大爆發！
內容來源：高分子科學前沿、南極熊3D列印、量子位、學術經緯、X-mol