在此前的文章中，我们曾经介绍过当前汽车增材制造市场的现状以及3D打印对未来汽车制造的内外驱动力。从中可知，3D打印技术不仅已经成为汽车行业的必备技术，其应用程度也在从原型制造过渡为最终部件生产，一些领先的汽车品牌则希望利用它树立在本行业的主导地位。本期，3D打印技术参考关注的重点，在于增材制造技术在主流汽车制造商中的应用。 01戴姆勒集团拥有奔驰、Smart和迈巴赫等品牌的德国汽车制造商—戴姆勒集团已经将增材制造技术用于多种零件的生产。自2017年以来，戴姆勒与EOS（及其他合作伙伴）合作开展NextGenAM项目，旨在建立新一代利用金属PBF技术进行大规模零件生产的标准流程。NextGenAM平台已经应用到部分卡车零部件的生产，而其在汽车和电动汽车零部件生产方面的潜在应用前景已经在评估之中。 戴姆勒在商用车领域已将增材制造技术完全集成到产品开发和批量生产中，通过集团范围内的研究和重点项目的攻关，实现了在极短时间内将3D打印技术应用到戴姆勒卡车和客车的开发工作中。此外，戴姆勒正专注在通过增材制造技术进行批量零件生产，重点是实现备件产出以及零件库存的数字化。 通过3D打印技术制备的梅赛德斯-奔驰198模型系列（双门跑车和敞篷跑车）工具套件中的火花塞固定器 梅赛德斯（Mercedes）在赛车运动中也大量采用增材制造技术，近十年来，在其非常成功的F1赛车中的多个部分中使用金属3D打印的零件。戴姆勒客车3D打印零件的生产主要是使用聚合物SLS技术，而梅赛德斯奔驰Classic 3D则为梅赛德斯-奔驰300 SL等类型的车辆提供3D打印零件。 02宝马集团宝马集团从2016年开始对增材制造技术的使用开始加速，并在慕尼黑运营着一家增材制造企业，其投资1500万欧元新建设的增材制造产业园已于今年6月正式运营。宝马集团在增材制造方面的合作伙伴还包括3D Systems在意大利的先进增材制造中心，它也使用由外部供应商生产的SLS和SLA零件。此外，宝马集团还投资了多家增材制造企业，包括Carbon、Desktop Metal以及Xometry等。 BMW i8敞篷跑车上使用的金属3D打印零件 宝马是第一个使用3D打印技术生产数千种金属零件的汽车制造商， BMW i8敞篷跑车的软顶固定装置就是通过使用铝合金SLM技术进行批量生产的。截止到2018年，宝马集团在过去10年中3D打印的零件已超过一百万个。需要注意的是，其中有约20万件是在2018年制造完成的，相比2017年增长了42％以上。宝马的MINI品牌已使用聚合物粉末床技术生产定制化的零件，所创立的MINI Yours Customized项目，允许客户进行自主设计某些汽车零部件。该计划的增材制造合作伙伴包括HP、Carbon和EOS。与此同时，奢侈品牌劳斯莱斯（Rolls-Royce）在幻影和黎明两款车上也使用3D打印技术生产零件。 03大众集团大众汽车集团是增材制造技术应用最广泛的知名汽车品牌之一，力图推动该技术在汽车生产中的大批量制造。大众汽车在Wolfsburg建有先进3D打印中心，依托该中心来测试和了解最新的增材制造技术，同时进行一些模具和最终零件的生产。其大批量的生产通常是通过与外部增材制造服务商合作进行的。2018年底，中心引进了Additive Industries MetalFab 1系统以进行模具和备件的3D打印。 值得一提的是，大众的高端品牌也逐渐使用增材制造技术。奥迪多年来已在使用SLM Solutions 的设备生产备件和系列零件；保时捷在2017年投资Markforged并使用其技术为保时捷959等经典系列生产备件；布加迪（Bugatti）与SLM Solutions合作进行零件批量生产，并与APWORKS一起为布加迪Chiron设计零件。 在奥迪金属3D打印中心，工程师通过SLM工艺制造钢或铝质零件 大众集团旗下的意大利豪华汽车制造商兰博基尼长期通过Stratasys FDM和PolyJet技术进行原型设计和模具制造。2019年，兰博基尼与Carbon展开合作，聚焦于数字光合成技术。 最初，Carbon的技术被用于生产终端组件，如Urus SUV带纹理的加油口盖和风管夹；此后则用于生产用户可定制、个性化的SiánFKP37跑车（兰博基尼第一款混合动力超级跑车）的通风孔，实现了从设计到生产的快速过度，将零件交货时间缩短了12周。 兰博基尼Sian的内饰融合了皮革特征和3D打印组件 04菲亚特集团FCA（菲亚特克莱斯勒汽车）集团由意大利菲亚特集团（包括法拉利、阿尔法·罗密欧、蓝旗亚和依维柯）和美国克莱斯勒集团（包括道奇和吉普）合并而成。菲亚特是意大利第一家采用3D打印进行原型制作的公司，依托Turin工厂开展增材制造计划。 吉普车和菲亚特汽车均使用HP MJF技术进行批量生产。吉普车公司平均每周使用该技术完成4-5批次的打印工作，而菲亚特依靠外部服务提供商（如3D Systems on Demand）来进行短期SLA和SLS零件的生产。奢侈品牌法拉利在一级方程式赛车中使用了增材制造技术，而阿尔法·罗密欧已在使用增材制造技术开发、生产Alfa Giulia的格栅。 菲亚特Centoventi概念车利用3D打印技术实现大规模定制生产，并提供114个Mopar设计的配件 2019年12月，FCA集团与包括雪铁龙、标致和DS等汽车品牌在内的PSA集团合并，通过与3D打印初创公司Divergent 3D合作主攻金属3D打印技术的应用，由后者开发的Blade超级跑车拥有几乎完全3D打印的底盘。Divergent公司已采用SLM Solutions的金属3D打印技术进行零件生产，同时计划于2020年开始为OEM客户批量生产安全关键构件，并向客户推出先进的增材制造设备。 05福特汽车美国汽车制造商福特比其他任何一家公司在增材制造工业化应用方面的研究都要多，其在底特律的Redford建有先进的增材制造中心，运行着来自Stratasys、HP、Carbon、EOS、Desktop Metal和SLM Solutions等公司的数十台工业级3D打印机。 Redford工厂利用Carbon的数字化光合成技术来生产最终用途零件，包括用于福特Focus加热、通风和冷却（HVAC）的杠杆臂维修部件，福特F-150 Raptor的辅助插头，福特野马GT500的电动驻车制动支架等等。福特密歇根州组装工厂利用五种不同的3D打印工具来构建Ranger皮卡，从而缩短其市场投放时间。福特公司在全球总共运营近100台3D打印机，引进全球30多家工厂的3D打印技术。在领投了6,500万美元的投资后，针对Desktop Metal的Studio系统和Production系统，福特公司成为后者先进金属3D打印技术的第一批引用者。此外，福特也与Stratasys和Siemens有密切合作，通过多轴挤压系统批量生产超大型零件和复合材料零件。 福特先进制造中心的增材制造技术员Scott Clark正在清洁铸造模具 06通用汽车通用汽车公司很早便开始引进增材制造技术，十多年来一直使用工业SLA和FDM技术生产零件和模具。如今，通用汽车在增材制造方面的研究主要在其位于密歇根州的Warren科技中心展开，每年可生产超过30000个零件。 2018年，通用汽车与Autodesk合作生产了一种钢制的3D打印座椅支架，该结构比标准支架轻40％，但是强度却高出20％。基于此，通用汽车预测，有多达100个零部件可通过高性价比的增材制造技术来生产。 通用汽车与Autodesk合作开发的座椅支架，比原始零件轻40％，强度高20％ 通用汽车目前正在与GKN合作，将HP Metal Jet技术用于零件批量生产，并在金属PBF工艺的工业化方面开展广泛的工作，包括与GE Additive以及意大利增材制造服务商Beam-IT的单独合作。通用汽车还通过增材制造技术为顾客提供定制化部件。通过与米其林在Uptis（无须充气的新型轮胎），双方希望基于3D打印技术生产出可完全回收的汽车轮胎。 END 增材制造技术符合汽车工业的需求，推动了汽车设计的进步。如今，3D打印技术已经发展到可以用金属和塑料材料生产最终用途部件的地步，进行批量制造已成为现实。随着3D打印技术的进步，以及汽车用户经验的积累，今后该考虑的将会是如何更好、更快速、更深入的集成和融入到汽车生产体系中。为了达到这一目的，增材制造企业，也在不断努力。 注：汽车行业增材制造白皮书已上传QQ群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印对汽车制造的内外驱动力及当今汽车增材制造市场 2.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化 3.德国推动汽车产业金属3D打印工业化集成 增强制造业强国地位 4.新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功

北京时间8月3日凌晨2：48分左右，NASA宇航员Robert Behnken和Doug Hurley乘坐SpaceX龙飞船成功返回地球。这是NASA宇航员首次乘坐商业建造的航天器往返太空，也标志着世界商业载人航天新时代的开始。 2020年5月31日03时22分，美国太空探索科技公司SpaceX用自家猎鹰9号火箭搭载“龙飞船”2号成功将两名宇航员送入太空，一级火箭成功回收。SpaceX自此成为世界载人航天的第四位玩家，创造新历史。 一直以来，NASA的高级官员都将此次飞行视为一次试飞，宇航员的工作是对载人龙飞船进行各项验证，经过评估之后，龙飞船将正式执行NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”（Commercial Crew Program ），预计首次正式载人飞行将在今年9月份进行，届时将有四名宇航员飞赴国际空间站。因此，龙飞船的成功返回对于SpaceX和整个商业航天业来说也是一项巨大成就。 载人“龙飞船”由美国宇航局委托SpaceX公司打造，高8.1米，宽4米，共4个舷窗，可以搭载7名宇航员（这与航天飞机搭载的宇航员数量相同，也与我国今年5月5日测试的“新一代载人飞船”设计上能够搭载的宇航员数量相同），具有可重复使用、乘员运输能力强、内部空间大等特点。龙飞船自备动力逃逸，飞船侧壁安装有8台超级天龙座发动机系统（Super Draco逃逸发动机），两个为一组，互为备份，一旦发现火箭出现故障，“龙飞船”能瞬间被弹向安全区域后返回地面。 龙飞船进入地球大气层，峰值温度可接近2000度 值得注意的是，Super Draco发动机的关键部件采用3D打印制造，借助该技术的复杂制造和集成制造优势，将之前几十个不同零部件缩减为三个，由镍基超合金通过激光3D打印制造而成，大大缩短了整个发动机的设计和制造周期。此外，3D打印技术被众多私人航天公司所关注，其中包括中国的深蓝航天。（点击蓝色字体） 3D打印制造的龙飞船发动机 在宇航服方面，此次载人“龙飞船”的宇航服重18斤左右，比普通宇航服减负1/3。外观为简约又大气的黑白拼接样式，极具科幻感。黑色部分运用了聚酰胺纤维制成——弹性、柔韧性一流，这可以使宇航员不像以前那样被服装限制行动；白色部分运用了强化玻璃纤维制成，其特点为耐火耐高温，且抗酸碱性极强。 简洁的宇航服设计，科技含量无限 而宇航员的头盔使用3D打印技术定制制造，遮光罩、通风降温系统、耳机麦克风等都被隐藏其中，在保证安全可靠的前提下，不仅减轻了重量，也将成本压缩到极限。尽管尚未正式披露其具体的制造工艺，但已有外媒猜测它使用了FDM技术和PEKK材料进行打印。PEKK是一种半结晶热塑性塑料，目前已经越来越多地用于增材制造市场，该材料不易燃、有很好的耐磨性，这些都是太空头盔的重要属性。但是应该指出的是，PEKK目前也可以采用SLS技术打印。 飞船的成功返回是SpaceX花费数年研发龙飞船项目的最后一次测试，为此NASA已经投入31亿美元。而NASA也将彻底摆脱对俄罗斯载人“联盟”飞船的依赖，SpaceX公司载人飞船的每个座位发射成本约为5500万美元，比俄罗斯9000多万美元的报价大为降低。 本期上传：SpaceX太空头盔与龙飞船模型文件。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SpaceX首次载人火箭发射成功，3D打印发挥作用，开始纳入Velo3D无支撑金属打印 2.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？ 3.南航：系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 4.2019年中国航天领域3D打印8大应用成就和案例

由于金属3D打印具有复杂的物理冶金过程，现行的技术手段很难确保加工工艺的可重复性和质量一致性，这一点极大限制了激光增材制造的广泛应用，尤其是航空航天领域的高附加值零部件的批量生产。 质量保证和过程监控一直以来都是金属3D打印技术的热门研究，有效、可靠的质量保证手段是增材制造用户最重要的需求。 目前行业领先的增材制造设备商均采用过程监控技术解决这一问题， 如EOS的EOSTATE模块，SLM solutions的QAS模块，Renishaw的InfiniAM模块，以及Concept Laser的QMmeltpool模块等，国内在该领域的发展稍显不足。 为了保障航空航天领域对高附加值产品增材制造过程的可追溯性、工艺可重复性和性能一致性的要求，西安空天机电智能制造有限公司（简称西空智造）推出了一款国产激光增材过程监控系统。该系统包含粉末床在线监控模块和熔池在线监控模块，针对激光粉末床熔融工艺的两个关键点进行监控。 粉末床监控模块可以实现铺粉状态的在线识别，打印精度的实时分析以及零件打印结果的三维重构；不仅可用于质量监测，还可兼容适应性加工以及零件嫁接。熔池监控模块一方面可以实时监测熔池是否失稳，另一方面可作为工艺策略优化的定量化指针以及熔池熔化凝固的热力学/动力学分析工具。此外，在线监控也是打印过程闭环控制以及智能化的基础。接下来，我们将逐一进行介绍，并对典型应用场景进行展示。 工作台面 系统前端（左-熔池监控模块；右-铺粉监控模块） 铺粉监控模块 简介：铺粉监控模块主要用于监测激光粉末床熔融制造过程铺粉和打印后状态监测；识别铺粉和打印过程中的异常现象，进行缺陷智能化分析，实时闭环控制，保证铺粉和成型质量，提高打印过程的可控性。 粉床加工过程 过程监测：基于图像处理和机器学习算法，实时对铺粉和打印过程的缺陷进行标记和分类，包括刮刀抖动、刮刀拖拽、不完全铺粉、零件漏出、黑斑等典型异常。 闭环控制：针对异常情况实时反馈，如再铺粉、停机、工艺参数调整等，确保打印过程中铺粉均匀性和稳定性，提高打印质量。 统计分析：全过程的历时数据可便捷查看和追溯，可进行三维模型重构，并对不同切片特征进行观察和缺陷统计，出具零件质量分析报告。 用户参与：可实现实体区域自定义、每层区域自定义、各类缺陷阈值自定义、原始数据提供，同时支持用户个性化定制。 熔池在线监控模块 简介：熔池监控模块是一种将激光粉末床熔融过程中熔池信息可视化的监测工具。实时记录生产过程中熔池产生的等离子体辐射和熔池形貌数据，是工艺开发、优化和评估的重要资源。可将零部件生产过程中的质量信息完整记录并标识出生产过程中所存在的异常情况，形成质量文件以供用户参考。 熔池在线监测系统界面 过程监测：基于信号和图像处理算法，获得高质量的熔池辐射强度、熔池形貌等信息；实时解析获取激光扫描X/Y位置；实时监测激光开关、激光功率等。实时对打印层缺陷进行标记和分类，包括温度过高，熔池失稳、飞溅过大等典型缺陷。 闭环控制：由于熔池特征较为复杂，影响因素较多，整个过程有着非常高的动态特性，开发自动修正反馈回路，硬件和工艺层面均面临巨大挑战,目前该功能仍处于研制阶段。 统计分析：精细化分析历史数据，全过程数据可追溯和用户操作日志查看，不同切面扫描特征观察及缺陷统计，及零件3D模型分析报告。 用户参与：支持缺陷最小识别率设定、不同缺陷阈值自定义、原始数据提供以及用户个性化定制。 三维可视化及缺陷重构代替CT检测 基于监测数据生成三维模型，结合图像处理算法和机器学习算法实现缺陷重构，对缺陷位置、类型和形貌进行标记和分类，代替昂贵的CT检测结果。 历史查看和3D重构 工艺策略控制和优化工具 为用户提供所有原始数据，配置数据分析模块和工具，为工艺优化提供解决方案和思路。 工艺参数-熔池状态-信号特征映射关系分析 缺陷识别与反馈 建立3D打印过程的闭环控制，实现工艺控制智能化和零缺陷零件制造。 熔池形貌提取 典型缺陷在线识别 铺粉状态以及打印过程中的在线监测不仅有利于深入理解粉末床激光熔融的物理冶金过程，同时可作为保证零件质量的重要手段。西空智造推出的增材制造过程监控系统，无疑将推动国产金属增材制造技术的发展进程，同时将为航空航天增材制造的工艺稳定性和可重复性提供质量保障。目前，该产品已在空军工程大学航空备件应急保障制造和抢修中得到应用。 2020年7月8-10日 上海TCT展位E5-A14，欢迎业内同行咨询交流。 联系电话：029-85839199 手机：15929305831（成博士）；13572545688（张经理） 邮箱：chengxing0520@hotmail.com 官网：www.xaktzz.com 欢迎转发 联系微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.金属3D打印质量的有力保障——过程监控技术 2.SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal

我们在此前的文章中曾经介绍，3D打印虽然能够节省材料，但它同样会造成大量的材料浪费。以SLM技术为例，这些材料浪费主要来源于支撑结构、废件、被循环系统带走的金属粉末以及粉末筛分过程产生的损失。而如果要采用金属3D打印技术直接制造火箭，其产生的材料浪费无疑会相当可观，而且，能否使用多次循环的粉末用于火箭关键部件制造，目前来说也没有明确的结论。 削减成本，一直是火箭发射市场关注的焦点。美航空航天增材制造企业Relativity Space的目标是通过3D打印来制造整枚火箭，该公司拥有自己的3D打印工厂，并开发有大型金属3D打印机，能够在数周内完成火箭制造。然而面对经济性和3D打印造成的材料浪费，该公司也在寻求实现材料循环经济。 Relativity Space 3D打印的Aeon1发动机，约由100个零件组成 3D打印材料的可回收性和再利用性是企业降低成本、实现可持续发展的重要因素。对于金属3D打印来说，粉末材料的价格往往非常高昂，材料的浪费难以被忽视。 在这种背景下，粉末制造商6K的工艺可谓极具吸引力。该公司使用一种被称为微波等离子体的制粉工艺（UniMelt），采用CNC铣削和磨削废料以及3D打印支撑结构、不合格的零件为原料来生产粉末，并能够将多次循环使用的粉末优化为合格产品。其制粉效率也远超气雾化法，这为增材制造应用端提供了一种新的方式来管理项目成本和控制供应链，同时还可以促进增材制造向循环经济发展。 6K促进增材制造向循环经济发展 日前，Relativity Space宣布与6K建立战略合作，共同开发经济、可持续的材料用于火箭3D打印。该合作将建立闭环供应链，届时，Relativity生产过程中产生的废料将通过6K转化为优质粉末，并重新部署到Relativity工厂。两家公司还将共同开发用于火箭制造和太空应用的新材料。 在上个月，6K公司实现了首批两套金属粉末生产系统落地运行，其每年可生产100吨粉末。这两套系统专门用于生产航空航天领域所使用的镍基和钛合金粉末。通过利用6K的周期性粉末循环生产技术，Relativity Space能够有效地重复利用粉末废料来生产3D打印零件，从而改善自身的可持续性实践。该公司已于今年2月引入了更大的金属3D打印设备，用以生产Terran 1火箭。 6K使用Onyx In718打印的火箭喷嘴 为创建可持续的3D打印粉末闭环供应链，两家公司制定了从概念验证到零件打印结束的三阶段发展规划。该规划将证明使用6K的UniMelt工艺能够将Relativity的金属废料转化为优质的3D打印粉末，同时确保粉末符合Relativity（和航天工业）的生产标准。从长远来看，使用6K的技术将使Relativity Space实现对金属粉末供应链的把控。 6K和Relativity Space都将此次合作视为将航天工业和增材制造技术推向更可持续发展未来的重要探索。6K独特的工艺可以减少甚至消除材料浪费，并制造出高质量粉末，这对于整个增材制造行业来说，将是真正的循环经济。 往期上传内容：6K公司工艺与产品详解PDF；粉体特性及杂质对打印质量的影响；粉末循环使用的寿命问题、航天用高品质粉末、材料形态对制件性能的影响等 欢迎转发 联系微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.从SLM低产出率，看支撑结构和废件的使用潜力 2.金属3D打印工艺链对TC4粉末性能的影响 3.粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 4.激光粉末床熔融技术的安全性：危害和行动建议

在国外3D打印软件充斥几乎整个3D打印市场之际，2019年，来自上海的漫格科技开发了一款名为Voxeldance Additive的增材制造前处理软件，它不仅具备3D打印数据前处理所需要的所有功能，而且可同时面向DLP、SLS、SLA和SLM等多种工艺使用。笔者认为，它可媲美国外主流数据处理软件，可作为从业人员新的选择。 自Voxeldance Additive 1.0发布后，这款软件经受住了市场考验，得到越来越多用户的信任和使用。目前在数造光固化以及易加三维SLM打印机上获得广泛使用，同时与SLS设备商盈普以及多家DLP设备商展开合作试用。 Voxeldance Additive在易加三维齿科金属机上获得成功应用，可智能排布零件 Voxeldance Additive激光烧结数据处理应用 同时该公司也得到了很多反馈和建议，更加明确了软件革新的方向。经过6个月夜以继日的努力开发，还经历了新冠肺炎的特殊时期，漫格科技将正式发布新一代数据处理软件—Voxeldance Additive 2.0，一款更快、更强大的3D打印数据处理软件，特别是针对SLM金属打印，新版本迈出了巨大一步。 下面是来自Voxeldance用户和合作伙伴针对2.0版本的测试评价： “Voxeldance的计算速度很快，而且可以输入多种文件格式，数据转换的效率很高；而且它内置了许多其他软件的功能，无需额外花钱购买某些软件的其他模块，智能化的支撑添加技术不仅快速而且精确。” ---------Marvin，Ego3D Voxeldance Additive 2.0零件自动支撑生成 Voxeldance软件功能齐全，特别是智能支撑模块，用户可一键操作，节约3D打印数据前处理时间，减少人工操作，而且不必年付插件费用。 “智能支撑技术确实非常强大，只要设置好参数，几乎不需要过多的人工调整。自动修复经过‘一键点击’便能完成修复，如果有需要，软件支持手动调整。对于支撑生成和模型处理而言，2.0确实是一个里程碑。通过持续不断的改进，以及与开发人员的直接交流，这款软件就像是量身定做，如果需要新增功能，可直接给开发人员发邮件。” --------- Florian, CEO，surface engine VoxeldanceAdditive 2.0零件自动修复 Voxeldance Additive 2.0的自动修复算法得到了极大提升，漫格科技测试了Thingi10k数据库中将近4000个模型，修复成功率达到99%。同时，考虑到用户打印模型的复杂程度对模型修复效率的影响，Voxeldance Additive 2.0提供了2种不同的修复方式：标准修复和简单修复。标准修复可以使模型得到全面修复；简单修复不会修复自相交，这样对于一些自相交面片非常多的模型，可以在保证模型成功打印的前提下，提高修复效率。 “VoxelDance的智能支撑模板Smart Support Template技术，无需为每个单独零件添加支撑，原来繁杂的打印步骤，如今可“一键点击并打印”。这使得设计人员只需要专注于产品开发，而不必花大量时间进行打印准备工作，从而实现快速设计迭代。” --------- Christopher,创始人/CTO,  Dreigeist Voxeldance Additive 2.0的SLM支撑模块升级 Voxeldance Additive 2.0的SLM支撑模块升级，包括了多种支撑类型的自动支撑脚本和灵活的手动支撑。根据设置角度、高度和面积参数，用户可以自定义在不同的区域生成不同的支撑。比如，柱状支撑、最低线支撑、体支撑、最低点支撑、底板、实体支撑和智能支撑，以满足多种打印需求。更强大的手动支撑功能设计，包括支撑区域列表、支撑模板修改、支撑锚点编辑等，可以使用户随心所欲的修改和添加支撑，达到最完美的支撑设计。另外为线性支撑增加厚度，智能支撑增加了十字加厚的支撑类型。 注：TCT展间产品宣传，请联系微信2396747576。欢迎转发 联系微信：2396747576; 硕博交流和资料下载群：867355738；网址：  延伸阅读： 1.一款基于3D打印工艺预测、性能数据库和全动态工艺自适应调整的黑科技软件 2.ANSYS面向增材制造与先进设计的一体化解决方案 3.改善金属3D打印零件的8个设计技巧 4.EOS：SLM无支撑制造的可能性和局限性

一个月前，随着中国新一代载人飞船试验船进入太空开展在轨验证，中国实施了多项太空3D打印技术在轨实验，碳纤维复合材料3D打印与金属/陶瓷立体光刻微米级精度3D打印制造均在国际上实现零的突破。 中国科学院空间应用工程与技术中心的太空制造技术重点实验室是此次太空立体光刻3D打印实验的实施团队。关于此次实验的重要意义及研究过程中的难点，中国新闻网与俄罗斯卫星通讯社专访了中国科学院空间应用工程与技术中心王功研究员。 王功(右二)与太空制造团队成员在办公室复盘参与新飞船任务项目的过程 王功在采访中介绍：“这次试验突破了以往太空制造中以丝材为主的材料体系，验证了新型太空制造材料及新的技术手段，大幅提高了在轨制造精度。空间立体光刻工艺相比于目前太空制造所普遍采用的熔融沉积工艺，最大的优势在于直接成形精度更高，并且可将材料由高分子材料扩展至陶瓷、金属、生物材料、月壤等纳米/亚微米粉末材料，扩大了可用于太空制造的材料谱系。” 此前，国际同行普遍认为该工艺在微重力环境下不太可能被使用，因为其主要原材料是液体，而液体在微重力环境中非常容易自由飘散。王功介绍称，此实验的难点就在于，需要攻克液体在失重环境下难以精确控制的问题。 在关键技术攻关过程中，该团队创新采用了一种具有剪切变稀特性的软物质材料，针对在轨环境特点，调整其流变性能，即使360度旋转，也不发生任何流动，实现了在失重环境中陶瓷/金属软物质材料的微米级精密在轨制造。 中科院“在轨精细成型实验”（中）实验装置 王功团队的目标是在太空中建立工厂，以服务空间站建设运营。但目前仍有几大难点需要攻克： “在微重力环境下，一方面，航天员保持自身姿态和动作稳定是很困难的；另一方面，难以对材料进行精确控制。而太空中有限的空间和资源对制造设备和工艺提出的挑战是要做到：易操作、低功耗、小型化。另外由于航天员工作生活都在太空中相对狭小的密闭空间，整个制造过程不能产生任何有毒有害物质。” 太空制造的根本目的是提升人类在地外的活动和生存能力。太空制造未来发展可分为“小型零部件制造”“大型空间装置制造及在轨组装”“探测月球、火星等地外深空环境中更综合的制造活动”三个阶段。目前还处于第一阶段，大概只解锁了这个阶段10%的工作，还有大量的工作需要去做。 中国未来空间站 2015年，中科院太空制造团队开始策划第一次微重力3D打印实验，为实现高精度太空制造目标，团队提出并挑战国际同行认为不可能的技术路线——利用立体光刻在太空进行3D打印。 2018年，太空制造团队在失重飞机上对新材料及专门研制的立体光刻设备进行实验，证明思路可行，这也是中国团队第一次在太空制造这个领域提出并且验证了自己的想法。 2019年7月，中科院太空制造团队接到中国新一代载人飞船试验船搭载在轨精细成型实验任务。“在轨精细成型实验装置”通过立体光刻3D打印，成功精细制造出微缩版的国旗、中科院院徽、中国载人航天工程标识、三维支架等8件样品。 采用光固化工艺在太空打印的8个样件 为中国空间站提供更好的太空制造服务 此次经太空实证成功的立体光刻3D打印工艺，具有功耗低、设备轻、精度高等技术优势，着眼于中国航天未来载人探月、登月等长远发展规划布局的任务需求而准备。 王功强调，包括立体光刻在内的太空3D打印，只是太空制造的一个工艺路线，未来的制造方式还有很多种。其团队同步也在研发其他太空制造工艺路线，每一种制造工艺都有其优势和局限性，这取决于未来航天任务的需求。这次太空立体光刻3D打印在新飞船任务中的成功验证，“对团队来说，意味着新的开始。” 针对未来航天应用任务，太空制造团队下一步的计划，一是进一步完善此次在轨成功制造的立体光刻3D打印工艺；二是中国空间站未来两三年即将建成，团队将研发一些针对性技术，希望为空间站建设运营提供更好的在轨制造服务。 欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航天二院科技大讲堂—卢秉恒院士“航天增材制造” 2.SpaceX首次载人火箭发射成功，3D打印发挥作用，开始纳入Velo3D无支撑金属打印 3.迄今为止集中力承载环境最“恶劣”的航天3D打印应用通过飞行考核 4.梳理：新一代载人飞船试验船上的3D打印应用及技术来源

近日，深圳大学增材制造研究所与核工业西南物理研究院合作，在知名SCI期刊《Additive Manufacturing》（影响因子7.17，中科院1区，TOP期刊，制造工程类JCR排名第一）发表题为《3D printing of ceramic cellularstructures for potential nuclear fusion application》的论文。首次提出并报道了基于3D打印一体化自由设计和成形复杂多孔结构正硅酸锂陶瓷件，有望替代传统的微球床结构，作为聚变堆的氚增殖陶瓷单元，具有重要应用前景。该论文为深圳大学首次在《Additive Manufacturing》期刊发表的论文。人类社会当前能源资源匮乏且化石能源环境污染和温室效应加剧，可再生能源发展成为研究热点。被誉为“人造太阳”和“人类终极能源”的可控核聚变的商业化将能有效缓解上述需求。作为磁约束聚变堆的一个重要组件，固态产氚包层是聚变能商业化应用前需要解决的核心问题之一。作为包层首选氚增殖剂材料，正硅酸锂(Li4SiO4)产氚单元的加工制造为包层技术的实现提供基础（通俗点说就是，“人造太阳”是由氢元素的同位素氘和氚在高温高压条件下产生核聚变反应并生成大量热能用于发电。氘可由海水提取产量丰富，而氚几乎不存在于自然界，需要靠氦与锂陶瓷不断催化反应生成，产氚单元就提供了这个重要核心功能）。传统的锂陶瓷产氚单元一般为微球堆积的球床结构，填充率有限，且微球堆积产生的应力集中易造成形变开裂等破坏，成为球床结构和性能均匀稳定性的掣肘。 图1 聚变堆球床结构、及其应力集中与缺陷问题 针对上述问题，深圳大学增材制造研究所团队与核工业西南物理研究院联合提出了3D打印正硅酸锂陶瓷单元方法，研发光固化3D打印专用高相纯度正硅酸锂粉体。由于该粉体具有较强的物理化学活性，因此增材制造所在陶瓷浆料配制过程中研究采取特殊处理工艺，并设计打印制造出了一体化无缺陷结构，获得了比传统球床结构更优异的结构稳定性与力学性能，且拥有可调控填充比，不仅克服了球床填充率有限和应力集中引发的可靠性问题，还有望实现产氚效率的大幅提升。本研究将为替代传统球床陶瓷产氚结构提供可能，在聚变堆应用方面极具前景。 图2 保证相纯度的正硅酸锂陶瓷浆料特殊配制工艺 图3 光固化3D打印部分正硅酸锂陶瓷产氚单元展示及其优异力学性能 投稿过程中国际同行审稿人给予高度评价，认为本文提出的光固化3D打印在核聚变陶瓷部件的制造与应用极具创新性。论文第一作者为陈张伟教授指导的研究生刘雨，陈张伟教授为通讯作者，深圳大学为第一完成和通讯单位。研究获得了国家自然科学基金委面上项目、广东省科技厅激光与增材制造重大专项、广东省自然科学基金面上项目、深圳市科创委基础研究面上项目、孔雀技术创新项目等基金的大力支持。 据悉，此前增材制造研究所已围绕聚变堆第一壁CLF-1钢构件的SLM工艺及其组织性能调控开展了系统工作，首次将非均质双/多模组织设计思路引入到SLM成形高强韧RAFM钢的开发，基于SLM工艺参数和扫描策略的优化，SLM成形CLF-1钢兼具高强度（屈服强度1053 MPa）与高塑性（延伸率16.9%），其综合强韧性显著优于目前文献报道的RAFM钢。通过对比研究S209和S98的微观组织和力学性能，揭示了SLM成形CLF-1钢的强韧化机理，其高强度取决于细晶和细小马氏体片层，高塑性得益于这种双/多模组织对位错主导的加工硬化能力的改善。该工作为3D打印高强韧RAFM钢的结构设计提供重要理论依据和技术指导，促进聚变堆关键部件组织性能可控的一体化成型。相关研究成果发表于国际知名学术期刊Materials Research Letters (IF:7.440)。 深圳大学增材制造研究所近年研究进展近年来，深圳大学增材制造研究所团队围绕各类材料与先进应用领域，特别是陶瓷、金属及其他复合材料在环保催化、新能源器件、核聚变堆、轻质高强部件等方面的应用开展了大量工作，取得了一定成果，发表高水平SCI论文20余篇，其中1篇入选ESI 1%高被引论文（Highly-cited Paper），和0.1%热点论文（HotPaper）。部分成果总结如下： ① 3D打印（光固化）聚变堆氚增殖陶瓷单元研究 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221486042030720X ② 3D打印（光固化）堇青石蜂窝陶瓷尾气净化器载体研究 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884219316761 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884219305632 ③ 3D打印（低温直写）锂离子电池电极研究 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468619310151 https://www.hindawi.com/journals/jnm/2019/1291067/ https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884219309496 https://www.mdpi.com/1996-1944/10/8/934/xml ④ 3D打印（喷墨打印）燃料电池电极及其他器件研究 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/fuce.201700128 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884219325404 https://www.nature.com/articles/s41699-019-0117-3 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884218310496 ⑤ 3D打印（选区激光熔化）聚变堆第一壁结构件及其他金属材料研究 https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2019.1631224 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509319311505 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030219302695 https://www.mdpi.com/2075-4701/10/5/593 ⑥ 3D打印（光固化）轻质高强前驱体转化陶瓷研究 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884218306382 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838819308333 https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17452759.2019.1710919 ⑦ 3D打印综述文章 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221918306782（ESI1%高被引论文，0.1%热点论文，目前深大材料科学领域仅2篇热点论文） https://www.mdpi.com/2073-4360/10/6/629（期刊近两年Top downloaded paper） 33-41万年薪招聘博士后研究所热忱欢迎有志于3D打印的博士加入开展博士后工作，现亟需招聘与高分子化学、材料、数值仿真或其他与3D打印相关专业的博士后数名。具体要求和待遇如下： 1. 应聘者要求 （1）近 5 年内获得博士毕业证书和学位证书，年龄不超过 35 周岁，身心健康； （2）对任何材料的3D打印感兴趣，且具有机械、材料、物理、化学、数值模拟等相关学科的博士学位或即将取得博士学位； （2）具有较强的科研创新能力及英语写作能力，具有良好的学术道德、严谨的科研态度，具有良好的团队 合作精神，积极主动的完成研究工作； （3）具有独立承担课题的能力，并协助指导研究生和课题申报相关工作；…

通过生物3D打印技术，科学家已经可以在体外得到多种人体器官和组织工程支架，如会跳动的心脏、会呼吸的肺和会生长的骨，堪称2019年最突出的生物和医学3D打印研究。 在国内，四川大学研究团队的生物3D打印技术可谓走在前列。2016年，川大团队就已经将生物3D打印的血管植入恒河猴体内；同年，国内首家生物3D打印研究院—四川省生物增材制造产业技术研究院，由四川蓝光英诺生物科技股份有限公司与四川大学华西医院联合建立。 近日，川大再次实现新突破—一种无创生物3D打印技术，可以无创地在正常组织下面直接成型生物墨水，包括活体组织原位构建，从而避免新创伤。相关成果发表于Science子刊ScienceAdvances。本期，我们来介绍这项新技术。 一种无创生物3D打印技术主流的生物3D打印多是指在体外成型组织和器官后通过手术植入患者体内。无创生物3D打印则是一种在病灶位置成型所需构造的皮下直接成型技术，它避免了手术带来的新的创伤，无疑，它具有更高的难度，甚至有些天方夜谭。   体外血管3D打印技术 基于DLP技术的生物3D打印技术具有生物相容性好、细胞活性高，打印精度好、速度快等优点。但传统的DLP生物打印技术都是基于紫外或蓝光引发的光聚合反应开发，皮肤透过性较差，无法直接引发皮肤下的单体聚合。而近红外光则能够穿透深层组织，可用于药物释放控制以及3D图像的可视化，更重要的，它具备引发光聚合的潜力。 然而一直以来，近红外光却并未用于诱导光聚合反应，这是因为近红外光的光子能量较低，且引发剂的光子吸收能力不足，无法有效诱导光聚合。在这项研究中，四川大学华西医院的主要贡献可能有两点：一是以DLP技术为原理，将传统的紫外光换为近红外光，开发了一种无创的体内生物3D打印系统；二是设计了一种可以将近红外光在打印目标区域转换为紫外光进而引发光聚合反应的纳米引发剂结构。 近红外光3D打印系统与纳米引发剂结构 纳米引发剂设计的巧妙之处在于，内部的核心结构具有近红外光吸收活性，外层结构则具有紫外光吸收活性，两者通过静电形成复合结构。在具体的打印过程中，980 nm的近红外光将组织图像通过光学透镜投射到生物墨水上，纳米引发剂可以将近红外光转换为365 nm的紫外光，进而引发紫外光聚合反应。这种方式避开了直接使用紫外光穿透人体组织所带来的损伤与能量损失，大大提高了光利用率，实现在人体内部无创制造生物组织。 论证无创生物3D打印技术的可行性为论证基于纳米光引发剂的无创生物3D打印技术的可行性，研究人员首先在体外用常用的生物材料以逐层打印的方式打印了多种不包含细胞的微结构。为进一步模拟在体内打印的情况，研究人员又将老鼠皮肤或猪的肌肉组织覆盖在生物墨水上，再进行打印。试验结果表明组织下打印结构完整，形状误差控制在12.1%。最后，研究人员将不包含细胞的生物墨水注射到小鼠皮下，进行了体内实验，在打印1天及7天后，打印结构及周围的组织仍保持完整，并且没有显示出明显的副作用，证明了生物3D打印技术具有应用于临床治疗的潜力。 本研究无创生物3D打印的耳廓组织 此外，研究人员采用小鼠作为模型，通过本研究的技术在小鼠皮下无创打印了包含软骨细胞的耳廓形结构，该过程耗时仅20 s。在一个月后，支架结构保持良好，并且软骨细胞不断成长，形成了可用于器官重构的耳廓结构。 脂肪干细胞具有治疗由钝器造成的闭合性组织损伤的潜力。通过本研究的技术，可以在伤口处原位形成包含脂肪干细胞的组织支架，有助于伤口愈合。研究人员采用带有肌肉闭合性损伤的小鼠为模型，采用该技术在伤口处打印了包含脂肪干细胞的组织支架，在十天后，小鼠的伤口明显愈合，相关测试表明该支架对组织无副作用。 END 总的来说，该研究最为直观的体现就是，通过对人体无害的近红外光实现了传统生物相容性水凝胶单体的聚合，为体内无创制造提供了一种方法。生物墨水通过诸如注射和灌注等无创的方式递送至目标位置，通过具有良好生物穿透性的近红外照射平台能够精确控制被组织覆盖的生物墨水成型为结构化产品。 此外，因该技术的无创特性，将大大推动生物3D打印技术在临床上的应用。 注：研究原文已上传。限于作者对高分子及生物3D打印的知识有限，有不准确之处请留言，谢绝转载至微信以外平台。欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D生物打印的革命：会跳动的心脏，会呼吸的肺和会生长的骨 2.体积3D打印技术在生物组织工程中的应用和优缺点

在粉末床激光熔融技术中，材料从生产、运输、储存到打印以及循环使用过程中，粉末在整个工艺链中一直处于多种机械和大气环境之下，粉末颗粒的化学成分和形状，以及整个粉末材料的特性，可能会受到大气、温度、湿度以及外力等因素的影响。 本文讨论了TC4粉末在整个工艺流程中潜在的重要影响因素，研究结果可用于其他粉末处理和管理，确保材料在整个使用寿命内的质量，使SLM工艺更加稳健和可靠。 粉末生产因素为了评价粉末的特性和批次稳定性，研究了TC4（5级）三种不同工艺（气雾化EIGA、等离子雾化PA、电感耦合等离子雾化ICPA）生产的相同规格、两个批次的粉末，分别测定这些粉末的粒度分布、颗粒形貌以及流动性。 结果显示，三种粉末颗粒的尺寸均在15-65微米之间，呈高斯分布，但PA和ICPA粉末与EIGA粉末相比显示出更宽的粒度分布。霍尔流量计测量的流动时间在14.6s-16.1s的范围内，说明所有粉末和批次都具有良好的流动性。电镜结果显示出，三种粉末都具有高球形，不过EIGA粉末颗粒有些轻微拉长，而ICPA粉末含有不少卫星粉。 三种工艺生产的粉末粒度分布 EIGA、ICPA、PA工艺生产的粉末形貌 为了评估每批粉末的可打印性，在SLM 250HL设备上进行工艺调试，得到32个不同的参数集。对于每组工艺制备的试样，分别进行孔隙测量和分析。 密度块的测试结果显示，所有粉末（不同工艺和批次）都可以获得密度高于99%的立方体。应注意的是，每种粉末和批次可能适用不同的工艺。 不同粉末打印能量密度与致密度对应表 因此可以得出结论 不同工艺生产的粉末颗粒形状和尺寸分布有差异。 每种粉末和每个批次均可以通过工艺调试得到致密度达99.9％的零件（这也意味着，粉末的这些差异导致了相同工艺的不适用）。 粉末储存及运输因素为了研究运输和储存过程中（如温度和湿度）的影响，将商品化的粉末容器储存在人工气候箱中，该气候箱的温度保持30°C恒定，相对湿度在12天内从20%增加到95%，每天取样进行表征。 温湿度场景 结果表明，在按照体积进行统计时，D10、D50、D90的数值并未有明显变化；如果按颗粒数进行统计（不同尺寸颗粒的数量所占的百分比，如图中D90表示有90%数量的颗粒尺寸是小于X微米的），可以发现粉末出现明显的粗化行为。因此可以假设，随着湿度的增加，较小的颗粒粘附在较大的颗粒上，造成了粉末尺寸的变化，且霍尔流量计测量的流动时间从15.1s减少为14.5s（也即随着时间推移，颗粒出现团聚）。 随时间延长，粉末的粒度分布（分别以体积和颗粒数进行统计） 为研究粉末储存时是否需要氩气保护，将两个粉末容器在30°C和30％相对湿度的相同条件下存储。一个容器一直完好存储，另一个容器的保护气氛通过一次打开过程而被破坏。在十天的存储期后，制备了用于机械测试和元素测量的样品。 拉伸试验的结果显示，在有保护气氛和无保护气氛下，试样的极限抗拉强度基本一致；潮湿环境下储存的粉末，其极限强度最高，相比干燥粉末打印的试样略微提高了5%，而延伸率下降严重。气体含量测量证实，潮湿环境下，试样的氧含量比干燥环境下高约10%，这导致了材料脆化。 粉末在潮湿环境、氩气保护和无氩气保护下的打印件的力学性能 不同储存条件下试样的氢氧氮成分含量 该部分的主要结论 粉末存储环境的湿度对粉末的粒度分布影响不大，但潮湿的环境仍然会造成细粉团聚，并增加氢氮氧的吸收。 氩气保护气氛对粉末和零件性能无重大影响。 单层连续扫描面积的影响为了研究3D打印过程中的粉末粗化行为，研究人员将激光连续扫描的面积与飞溅物形成的总量联系起来设计了一项实验方案。实验分为四组，所有打印零件的总体积一样，但零件数量被分割为1、4、16、64个。每次打印完，测量粉末粒度。 体积相同，但单层连续扫描的面积不同 测试结果发现，四种打印方式最终的粉末粒度并没有显著差异，证明连续扫描面积对粉末粗化没有影响。 不同连续扫描之后的粒度平均分布 不过，所有样件均可以检测到氮和氧的吸收，尤其是对于“1:1”的样品吸收量非常高。对于原始粉末，测得氧含量为841ppm，氮含量为178ppm。研究人员认为，较大的连续扫描面积会导致样品温度升高，从而增加了结构对气体的吸收亲和力。 不同连续扫描面积样品的氮氧吸收情况 针对粉末循环使用对产品质量稳定性产生的影响，设计的实验方案为，同一批粉末连续打印17次，期间均未加入过新粉，每次打印完成后，对粉末进行彻底筛分；每次制造工作开始前，会对该次实验的粉末进行粒度测试。所制备的样品进行拉伸试验测试，并测定气体含量的吸收，所有样品均在打印态条件下测试。 测试的结果显示，粉末粒度D10、D50、D90随循环次数的增加均没有明显的变化。D90值的数字高偏差可能是由于采样不足造成的。 粉末循环使用过程中的粒度变化 力学性能的测试也没有发现明显变化，屈服强度的略微增加和伸长率的降低，可以认为仅有轻微的脆化。 不同循环下的力学测试结果 脆化可以通过随着循环次数的增加氧含量的变化来解释。从试验开始到结束，氧含量的吸收增加了约20%，这可能是由于随着循环次数的增加，粉末中含氧量较高的飞溅物越来越多导致的，这一现象在对AlSi10Mg的研究也发现了类似的结果。 不同循环次数下的氮氧氢吸收情况 本部分得出的结论 在连续大区域扫描时，氢氧氮的吸收会增加。为避免在工业应用中出现这种现象，应当注意打印方向和扫描策略，以使这种影响最小化。 在17个生产周期后，检测到氢氧氮的含量增加了约20％，材料出现脆化趋势。 对不同循环次数下，SLM成形试样的力学性能对比研究发现，力学性能与粉末循环次数无明显的关联。 END 这项研究的结论有一定的指导意义，但还不足以作为本行业粉末管理的标准。一直以来国内也有类似的研究，在结果上有一致也有差异，有兴趣的读者可以拿来对比，作为参考。 在实际的工业生产中，粉末的保存应当保持干燥，不定时的补充新粉也可以作为保证质量的有效途径。随着研究的深入，粉末的管理应当逐渐有一个明确的标准。 注：本文仅限于参考，谢绝转载至微信以外平台。欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 2.粉末粒度分布和微量元素差异造成的金属3D打印质量问题 3.粉末床熔融过程中的冶金问题和质量控制

海绵状组织是阴茎的重要组成部分。具有完整海绵窦结构的健康海绵组织是维持阴茎正常勃起功能和泌尿功能的前提。作为末端器官，阴茎海绵体不能通过再生得到修复，而人工修复受伤海绵体往往会受到解刨学、美学、功能方面和伦理道德的挑战。因此，迫切需要探索一种有效的海绵体重建再生治疗方法。由于海绵窦的复杂结构和满足其生理功能所必需的特殊机械性能，用于海绵体修复的生物材料必须具有良好的加工性能，适当的机械性能和生物相容性。另外，海绵体的正常组织功能（例如勃起和射精），取决于海绵窦内微血管系统的正常循环和血液供应。因此微血管系统的重建在海绵体功能的恢复中起着至关重要的作用。生物工程血管化海绵体实现海绵体修复基于此，华南理工大学施雪涛教授和美国俄克拉荷马大学毛传斌教授构建了一种表面有肝素涂层的3D打印水凝胶支架，并向其中植入了缺氧诱导因子（HIF-1α）突变的肌源性干细胞（MDSCs），以制备生物工程血管化海绵体。将这种水凝胶支架植入海绵体缺损的兔模型中，显示出良好的生物相容性，无免疫排斥反应，支持血管组织向内生长并促进新血管生成以修复缺陷。对修复后海绵体组织的形态、海绵体内压力、弹性和收缩性的评价证明3D打印水凝胶支架不仅成功修复了阴茎缺损并恢复了阴茎勃起和射精功能，恢复了受伤雄兔的生殖能力。图1 兔海绵体损伤修复示意图生物工程血管化海绵体的制备鉴于调节血管生长因子的关键转录激活因子HIF-1α的表达对氧非常敏感，作者通过慢病毒转染基因突变技术制备了HIF-1α过表达的MDSCs（mHIF-1α MDSCs）。这种mHIF-1α MDSCs不仅在常氧和低氧状态下稳定且高水平地表达HIF-1α，而且在HIF-1α的调节下明显提高血管生成相关因子的表达，从而促进新血管的形成。此外，肝素是一种荷负电的多糖大分子，对血管生成因子具有良好的亲和力，可以通过结合血管生成蛋白，如血管内皮生长因子（VEGF），提高其稳定性，从而加速新生血管的形成。因此，作者首先利用2%甲基丙烯酸酯化透明质酸（HAMA）、15%甲基丙烯酰胺改性的明胶（GelMA）和0.5%光引发剂（12959）作为3D打印墨水，3D打印制备得到具有良好生物相容性和可降解性的3D打印水凝胶支架。然后利用聚赖氨酸（PLL）层层自组装的方式，将肝素沉积到3D打印的水凝胶支架上。最后将mHIF-1α MDSCs接种到肝素涂层支架上，再将其植入损伤的海绵体中（图1）。图2 细胞负载的3D水凝胶支架在裸鼠皮下植入的实验评价生物工程血管化海绵体促进血管再生由于3D打印水凝胶支架具有多尺度的多孔结构，类似于原始的阴茎海绵体组织。在植入后作者发现水凝胶支架材料与自体组织完全相容，无组织坏死（图2a）。作者进一步通过研究发现，负载mHIF-1α MDSCs和肝素的3D水凝胶支架中出现了最多的新生血管，并且在材料降解的同时，新生组织开始在整个支架上生长，填满支架的孔隙，从而保持甚至提高了支架的抗压强度。此外，3D打印水凝胶支架表面的肝素可以特异性结合血管生成因子，延长这些生长因子的有效时间，促进血管再生，增加组织中的血管密度（图2ef）。图3在修复的海绵体中检测ICP、MAP和器官浴试验生物工程血管化海绵体实现生理功能的恢复作者通过对3D打印水凝胶支架进行压缩试验和循环压缩试验发现，水凝胶支架的杨氏模量（40.14 ± 9.03 kPa）接近天然海绵体（〜20 kPa）。并且在20次循环压缩测试（应力高达40 kPa）后仍保持其原始机械性能，未出现任何损坏（在男性勃起功能中结构应力的升高范围为5.1-31.5 kPa）。证明阴茎结构应力的升高不会对植入支架造成损伤。此外，功能评价和组织学形态表明，HIF-1α变异MDSCs负载水凝胶支架可以实现受伤阴茎海绵体的修复，其腔内压力（ICP）和平均动脉压（MAP）均可类比于正常海绵体，并且相对最大收缩力（MCF）可达原体海绵体的77%（图3）。此外，被HIF-1α变异MDSCs负载水凝胶支架修复的雄性兔子通过交配在4个月内成功繁育出下一代（图4），而对照组的雄性兔子没有或只繁育出一只兔子，进一步证实其生理功能的恢复（包括勃起功能和射精功能）。图4 HIF-1α变异MDSCs负载水凝胶支架修复的雄性兔子生理功能的恢复总结与展望3D打印水凝胶支架成功修复海绵体缺损，恢复其勃起和射精功能，使模型兔恢复生殖能力。这种修复策略对于海绵体重建恢复男性生殖能力具有重要的价值。除了修复海绵体组织缺损外，这类3D打印支架还具有修复其他含血管组织的潜力（例如皮肤、鼻组织和心肌组织等）。来源：高分子科学前沿