科孔这些不按规矩发牌的3D列印控制技术！

随著英国前总统克林顿对3D列印控制技术的倡导，那个金融行业有如闪电通常扫到现代轻工业。药理学，建筑物，电子零件，国际航空机械设备等应用领域对3D列印的积极探索工程项目有如遍地开花。在百家争鸣的自然环境下，基本上每一月都有捷伊3D列印基本概念被明确提出，每一月都有捷伊3D列印机器被面世。那时他们要深入探讨的并并非早已红遍业内的SLM或是Polyjet，而要那些较为炙手可热的基本概念。

ASTM (英国金属材料与测试联合会) 在2009 年10 月正式宣布重新命名二维列印(3D Printing)为involves研磨(Additive Manufacturing)。 无可奈何3DP是个很难盛行的词，到现如今业内却是有味叫3DP。 他们常用的3D列印机都是列印塑胶，合金和二氧化钛。总之，微生物列印，肾脏列印等也成了那些年的炙手可热。

科学家的脑洞永远是个黑洞，还真就有那么几个不按照规矩发牌的团队。在这篇他们重点介绍列印冰模型，列印纸模型，和列印肉这三种基本概念。列印肉?真肉，真的牛肉羊肉猪肉，口味略重，最后介绍。 本文如果触犯某些宗教信仰请见谅，这只是一篇耿直的学术报告。

此基本概念被密苏里大学罗拉分校的Ming Leu博士明确提出。相比于常被用来做铸造原型的石蜡或是塑胶，冰显然更环保。于是利用3D列印冰原型来制造铸模成了一个诱人的主意。

在这里稍微科普下铸造，首先做一个原型，通常是用石蜡或是塑胶这种难塑形的金属材料。其次，将沙粉或是陶瓷粉覆盖到原型上(通常加入粘合剂)，直到定型。此过程通常称作沙模 (sand casting)或是脱蜡(investment casting)法。最后，通过加热固化模具，同时抽离铸模。

如下图1所示，快速冻结原型机利用一个准确定位喷头将水一层一层的撒到冷却台上， 液体水快速转化为固体，形成一个晶莹剔透的原型。这并并非简单的洒水，科学家们花了大量的时间研究了热力学原理，和水的固液态转化过程，才准确的定义了水滴的大小，喷水的速度，和冷却温度等。

图1：快速冻结原型机的工作原理。 摘自文献1.

现实：(1)在室温下，制作铸模的金属材料颗粒尚未附着上冰原型，微小的冰结构自己就融化了。除非去零下的冷冻室完成沙粉或是陶瓷粉的覆盖。问题是，温度越低，那些沙粉或是陶瓷粉的粘合剂流动性越差，很难附着在模型表面。(2)想要使用医用冰模型，医生必须不怕冷，能在冷冻室拿着冰模型跟工作人员讨论手术细节。(3)美丽的冰晶造型只限冬天在零下的自然环境下结婚的人，为了这冰雕，酒店暖气都得关掉。除非你能请来冰雪女王Elsa。

评论：就环保来说，前景却是美好的。他们团队最近还研究出了用糖溶液来做可溶解支撑的控制技术，坚持环保。 他们的大东北或是他们在西伯利亚的邻居可以用快速冻结原型机列印门口的狮子，栅栏，雕塑。不负责的推荐，哈尔滨有关单位可以考虑买几台，列印冬天店外的各种冰晶展品，列印一个冰雪小世界。

2. 列印纸- 选择性纸层积累列印(Selective Deposition Lamination)

图2：选择性纸层积累列印的工作原理

此电脑的工作原理很简单：铺一层纸，用激光刀切出这层的形状;加热溶解纸上的胶水，两层紧紧的粘合在一起。是并非想到了他们小学的手工作业?

然而，他们是如何列印出颜色的呢?不要吃惊，他们用的是一个Epson的2D彩色列印机!有颜色设计的那层纸用彩色列印机印上颜色，然后铺过去切。

梦想：(1)鉴于目前市场列印机使用的金属材料限制，颜色较为单一。选择性纸层积累列印机能列印出颜色极其丰富的模型。比如饭馆用来展示菜品的纸苹果，纸香蕉，纸面条，纸碗;用来装饰的纸灯罩，纸餐巾纸盒，等。(2)环保，纸的废料可以再用来做纸，无限循环。(3)安全，纸无毒无害，　可安全触摸。

现实：明明花几十块钱就能买到或是定做到各种颜色丰富，无毒，可触摸的石膏或是塑胶的制品，为何要花大价钱，花功夫弄一个列印机去做呢? 可能我的环保意识还不够。

3. 列印肉- 3D列印肉(3D bioprintsteak/meat)

本文最重口味最可怕的部分来了，列印肉!WHAT! 列印肉?作为一个吃货，看到那个基本概念机的时候，我的内心是颤抖的，是害怕的。

那么，3D列印肉的原理是什么呢?

图3： 3D 列印肉流程示意图

首先，提取猪身上的细胞，利用3D 列印控制技术完美的模拟出肉组织细胞的分布结构。比如，肉中的软骨支架，血管，不同部位不同类型的细胞分布等。

其次，3D列印的微型细胞结构，在模拟的跟动物身上完全一样的自然环境下，进行自然分化(这样欺骗细胞真的好吗?)。例如，五花肉细胞就完全模拟五花肉的受力情况和结构。

最后，微型细胞结构开始从肉细胞长成肉块，成熟后直接做成香肠，肉排等。想吃五花肉就列印五花肉的结构，肥瘦相间，完美五层。想吃猪脚就列印猪脚，从此还省了啃骨头的苦工。是并非很方便，是并非很环保?从此养殖户屠宰场成历史。

备注：其实微生物列印最先的基本概念是利用细胞分化列印人体可移植肾脏，用来帮助那些需要肾脏移植的病人。最捷伊研究报道中，有科学家成功列印了兔子的软骨并完成了移植手术。这项控制技术在药理学方面的价值不可估量。

换个方向，如果能大批量的列印毛皮，象牙等，人类对濒危野生动物的偷猎情况是否能有所改善?

【参考文献】

3. https://3dprintingindustry.com/news/update-andreas-forgacs-on-3d-printed-meat-6610/

4. all3dp.com/meat-3d-printing/

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