多功能3D 打印機“Printer.HM”:軟材料3D打印的未來

2022年10月31日，南極熊獲悉，英國劍橋大學研究人員開發(fā)了一種可破解的多功能3D 打印機，用于打印經(jīng)濟實惠且開放式設計的軟材料。該技術有可能在組織工程、軟機器人、食品和環(huán)保材料加工等不同領域開啟進一步的創(chuàng)新，幫助創(chuàng)造前所未有的設計。

這項研究的詳細信息以題為“A hackable, multi-functional,and modular extrusion 3D printer for soft materials/用于軟材料的可破解、多功能和模塊化擠壓 3D 打印機”的論文被發(fā)表在《科學報告》期刊上，由Lei, I.M., Sheng,Y., Lei, C.L等人撰稿完成。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-022-16008-6

該研究的論文第一作者，澳門大學助理教授，前劍橋大學生物界面研究組的Iek ManLei博士表示：“Printer.HM的開放式設計、可負擔性、改進的可定制性和一體化功能將使自己動手的研究社區(qū)受益，為現(xiàn)有的商業(yè)打印機提供可行的替代方案。”

“Printer.HM”是一款高度可定制的基于擠壓的 3D 打印機，可與商業(yè) 3D 生物打印機相媲美。它能夠接受不同的幾何輸入，包括計算機輔助設計 (CAD) 模型、坐標、方程和圖片，以創(chuàng)建具有不同特征的打印。這種多打印頭系統(tǒng)的開發(fā)，建立在一個可破解的機械臂上，并通過加熱和紫外線 (UV) 模塊在一個平臺上提供多功能，是劍橋大學工程系和納米科學學院研究人員的創(chuàng)意劍橋大學中心，與澳門大學和牛津大學合作。

除了與各種液態(tài)和軟質(zhì)材料提供出色的打印兼容性外，Printer.HM還可以執(zhí)行多種操作，包括：

• 液體分配
• 多材料打印
• 變速打印
• 嵌入式打�。▌�(chuàng)建自由形式和懸垂結(jié)構）
• 非平面打印
• 拾取和放置應用程序
  

通過可選的加熱和紫外線模塊，可以調(diào)節(jié)熱響應和光聚合水凝膠的可打印性，這些水凝膠可用于廣泛的生物醫(yī)學應用，包括藥物輸送、組織工程和傷口愈合。

△Printer.HM的特點是硬件采用多種輔助工具，軟件采用靈活的幾何輸入，實現(xiàn)了一個平臺上的多種功能。

△使用不同輔助工具協(xié)助打印水凝膠

△多類型的幾何圖形輸入選項可以創(chuàng)建不同特征的打印件

△Printer.HM的多功能

△打印過程

Printer.HM 為其用戶提供設計自由度和自定義打印路徑以創(chuàng)建具有不同特征的打印件的能力。它們是：簡單模式（坐標）；一筆打印（方程式）；3D 設計（G 代碼）；和可定制的 2D圖案（圖片），后者可以輕松地將手繪草圖轉(zhuǎn)換為打印品，而無需創(chuàng)建 CAD 模型。打印路徑可定制性對于軟機器人應用特別有用，研究人員創(chuàng)建的由 pH 響應水凝膠制成的軟變形系統(tǒng)證明了這一點。

研究人員使用 Printer.HM 創(chuàng)建了花卉圖案的 2D 草圖，然后在四分鐘內(nèi)膨脹并變形為 3D 花卉形狀。而這僅僅是個開始; 因為控制程序完全可以破解，用戶可以重新配置設置并擴展其功能，以實現(xiàn)前所未有的 3D 打印設計。研究人員還展示了 Printer.HM 生成復雜組織解剖結(jié)構的潛力，方法是成功地創(chuàng)建了一個帶有肺和氣管的呼吸系統(tǒng)模型，由藻酸鹽墨水制成，并在支撐槽內(nèi)打印。

Iek Man Lei博士說：“Printer.HM的多功能功能，加上其開放式設計和可負擔性（總成本在 900 至1,900 英鎊之間），使其成為未來 3D 打印創(chuàng)新的可靠選擇，使用軟、生物和可持續(xù)的材料架構。模塊化設計允許研究界進一步擴展 Printer.HM 的功能，開辟無窮無盡的新設計的可能性。其他好處包括打印頭與小型生物應用中所需的較小尺寸注射器的兼容性，以及對于那些沒有 CAD 經(jīng)驗的人使用圖片幾何輸入來自定義打印路徑的易用性——這特別有利于控制刺激響應水凝膠的變形行為�！�

她補充說：“Printer.HM 有潛力為組織工程、軟機器人、食品和環(huán)保材料加工等不同領域的創(chuàng)新 3D 打印打開大門。它的開放式設計、可負擔性、改進的可定制性和一體化功能將使自助研究社區(qū)受益，為現(xiàn)有商業(yè)打印機提供可行的替代方案�！�

此處可查看“Printer.HM”的3D 打印部件的代碼和 CAD 設計：https://github.com/iekmanlei/Printer.HM。

南極熊評論

3D打印在前些年十分火爆，備受市場關注，頻頻見諸報道。如今，盡管其熱度有所下降，技術更新迭代的步伐卻從未停止。坦白來講，3D打印技術確實有不少進步空間，比如設備和材料的成本高昂，3D模型設計的門檻也比較高；再比如，經(jīng)常用于打印硬體材料或器件，而軟體材料的打印卻比較少。這些都在一定程度上限制了3D打印技術的推廣應用，直到現(xiàn)在3D打印產(chǎn)品仍非普通人所能企及。讓3D打印真正深入產(chǎn)業(yè)應用甚至走進百姓生活，可謂路漫漫其修遠兮，科學家和工程師們?nèi)栽谏舷露�求索�?/div>