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3D列印專題報導(四):3D列印的新材料

日前在2015年3月,日本佐賀大學與民間企業澀谷工業進行產學合作,以患者本身的「皮膚」為3D列印的材料,列印出人體動脈血管,在10天內列印出2至3公厘的動脈血管,如圖所示。該設備利用一種細針陣列,稱為「球體」的裝置,進行體外培養細胞叢集。 圓形的細胞進而產生連結,不需使用到膠原或水凝膠,即可依照此方法建構,生成巨觀組織。每個「球體」由數萬個細胞所組成,在生物反應器培養數天或數周,使其產生聚合作用而生成立體組織
 
 
 
最近五年,3D列印的應用範圍越來越廣,很多新材料用於3D列印,各個不同領域從業者,不約而同的嘗試以3D列印的方式來製作產品。以下舉出幾種新的材料應用領域來做說明:

日前在2015年3月,日本佐賀大學與民間企業澀谷工業進行產學合作,以患者本身的「皮膚」為3D列印的材料,列印出人體動脈血管,在10天內列印出2至3公厘的動脈血管,如圖所示。該設備利用一種細針陣列,稱為「球體」的裝置,進行體外培養細胞叢集。 圓形的細胞進而產生連結,不需使用到膠原或水凝膠,即可依照此方法建構,生成巨觀組織。每個「球體」由數萬個細胞所組成,在生物反應器培養數天或數週,使其產生聚合作用而生成立體組織。此種方式可以使媒介及氧氣持續循環,直到該生物組織夠成熟。此方法能生產厚而富有彈性的血管,可以應用在人體進行血液透析,以及心臟冠狀動脈搭橋手術的移植,相較於傳統的樹脂人工管,可調節自體的免疫功能,並減少感染機率,減少洗腎及手術的病人的風險。

另一種3D列印的材料,則是應用在建築物上,2015年初,一名中國江蘇工人正在替3D列印的別墅進行塗裝,其材料是用建築用垃圾所製成。應用3D列印製作房屋,該技術是先列印出主體部分,該建築會呈現出積層製造的層狀結構,再加入鋼筋增加結構強度,再進行外觀塗裝,這種技術甚至可以製作工廠;製作時間是傳統建築技術的三成,而建築成本僅需原來的五到七成。這種3D列印建築的技術由荷蘭建築師Janjaap Ruijssenaars首度進行,他與義大利發明家Enrico Dini設計出用沙子及無機黏合劑為基礎的框架,再以填加纖維的混泥土進行填補。他們所建築出來的物體是6公尺乘9公尺的莫比烏斯環(möbiusband)造型的建築物。

第三種新的3D列印應用材料是食物,3D列印食物機台目前已商業化,美國、台灣及西班牙都有相關設備問世。而世界上第一台3D食物列印機Foodini是以西班牙Naturalmachines公司所推出,該機台上頭有五個不同的噴嘴用來存放五種食材,根據想要吃的食物輸入相關資料,即能在數分鐘內「列印」出食品;由於Foodini的食物並無烘煮過程,因此在列印出來後仍需進行相關的「後加工」才能食用。相較於Foodini的無烘煮製程,美國太空總署NASA所投資的3D食物列印機Anjan有著不同的任務,該台3D食物列印機主要以碳水化合物、蛋白質、糖、鹽巴、維生素粉末與油脂(黏合用)所組成,再由設計過的配方及水分組合列印成型;而粉末狀的食品原料可保存達30年。Anjan的第一道菜單是披薩,這是因為製作披薩的方式在同一時間僅需擠出一種材料即可。該台機器預計在印刷出數層麵糰的同時,底盤會同時加熱烘烤麵皮,這樣表示在列印完成同時,食物也可以直接入口,無須再進行後製程。第三家3D食物列印機是台灣唯一自行生產的食物列印機FoodPrinter,最多可放置三個食物料管,製作出如披薩、餅乾、或是裝飾用食物。

在3D列印應用越來越廣的時代中,除了一般商業中的各種應用外,更多的其他產業材料也紛紛投入相關的生產,創造出更多的3D應用產品在你我的生活之中。(本文由科技部補助「學習在雲端―揭開科學與科技的神秘面紗」執行團隊撰稿)

責任編輯:盧妍竹
審校:徐偉智
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