前言?

    增材制造(Additive manufacturing，AM)技術(shù)是近20 來(lái)信息技術(shù)、新材料技術(shù)與制造技術(shù)多學(xué)科融合發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)。增材制造被譽(yù)為有望產(chǎn)生“第三次工業(yè)革命”的代表性技術(shù)，是大批量制造模式向個(gè)性化制造模式發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)。增材制造應(yīng)該定位在傳統(tǒng)制造技術(shù)難以低成本、高效率完成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造。因此，利用增材制造的原理，拓展增材制造的應(yīng)用是增材制造與傳統(tǒng)制造技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的必由之路。增材制造依據(jù)CAD 數(shù)據(jù)逐層累加材料的方法制造實(shí)體零件。其制造原理是材料逐點(diǎn)累積形成面，逐面累積成為體。這一成形原理給制造技術(shù)從傳統(tǒng)的宏觀外形制造向宏微結(jié)構(gòu)一體化制造發(fā)展提供了新契機(jī)。

    制造技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)多制造結(jié)構(gòu)的外形，微觀結(jié)構(gòu)控制多是材料學(xué)科的工作。人們期待發(fā)展新的制造技術(shù)，力求實(shí)現(xiàn)宏觀外形結(jié)構(gòu)與微觀組織結(jié)構(gòu)的一體化制造，使得零件制造短流程化，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料節(jié)約和能源節(jié)省?！禨cience》上多篇論文反映出這一發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)西北大學(xué)的OLSON[1]把系統(tǒng)工程思想引入到材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中，提出了多層次結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，認(rèn)為材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)制造是一個(gè)系統(tǒng)工程，不同尺度下的組織結(jié)構(gòu)決定了其各自的性能特點(diǎn)，而且工藝、組織、性能之間關(guān)系的良好集成能夠?qū)崿F(xiàn)多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念。通過(guò)改變組成物質(zhì)的種類(lèi)、組合方式(顯微結(jié)構(gòu)的幾何和拓?fù)涮卣?、制備工藝可以改變所制備的材料的宏觀性能(物理性能、力學(xué)性能、生物學(xué)性能等)，由此可以設(shè)計(jì)和制造新結(jié)構(gòu)。因此，如何將材料設(shè)計(jì)與制備的系統(tǒng)工程思想引入制造環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)、制備、成形一體化，將是制造科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展方向。

    在組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造一體化方面，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室AIZENBERG 等[2]提出了直接制備微模板化單晶的方法，可以制備出毫米級(jí)帶有亞微米級(jí)微孔的單晶體，并且可以控制單晶的方向。德國(guó)麥克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的WANKE 等[3]研究了光子帶隙微結(jié)構(gòu)的激光快速成形方法，制備出了66μm和133μm的三維網(wǎng)格，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可以控制材料的光學(xué)性能。澳大利亞昆士蘭大學(xué)的SERCOMBE等[4]研究了鋁質(zhì)零件的快速成形制造方法，其突出特點(diǎn)是在鋁粉成形后燒結(jié)工藝中通入氮?dú)?，使得鋁基體中形成堅(jiān)硬氮化鋁網(wǎng)架，從而改進(jìn)了材料的組織性能，并保證了制造的自由性和零件的制造精度。這些研究工作表明，科學(xué)家正在將材料微結(jié)構(gòu)與材料宏觀結(jié)構(gòu)制造相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同尺度下組織結(jié)構(gòu)的可控制造，以滿(mǎn)足力學(xué)性能、物理性能或化學(xué)性能的需求。

     基于增材制造材料可控逐點(diǎn)堆積的原理，發(fā)展“宏微結(jié)構(gòu)一體化制造”是實(shí)現(xiàn)“材料-設(shè)計(jì)-制造”一體化的方向。西安交通大學(xué)立足此學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，探索了不同材料由點(diǎn)到面再到體的材料堆積成形的共性科學(xué)規(guī)律，面向金屬、陶瓷和復(fù)合材料，融合冷熱加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的控形控性制造。研究了金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料的增材制造原理、裝備和典型應(yīng)用，拓展了生物組織器官制造、金屬組織定向晶組織結(jié)構(gòu)制造、光子晶體制造等研究方向，為宏微結(jié)構(gòu)一體化增材制造技術(shù)的發(fā)展探索新方法。

    1 金屬零件控形控性制造-空心葉片

    激光金屬直接成形是一種新的成形方式，具有無(wú)模具、短周期、低成本、高性能和快速響應(yīng)能力等特點(diǎn)，使其在維修與再制造、關(guān)鍵零件制造、快速模具制造、梯度材料制造等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值。它采用了增材制造方法，不受零件形狀的限制，可以直接快速成形比較復(fù)雜的零件，是制造技術(shù)的發(fā)展方向。空心葉片是燃?xì)廨啓C(jī)的核心部件，其復(fù)雜的空心結(jié)構(gòu)和定向晶組織使得制造技術(shù)面臨極大挑戰(zhàn)。其中，如何實(shí)現(xiàn)定向組織結(jié)構(gòu)與復(fù)雜外形的同步制造是技術(shù)難點(diǎn)。西安交通大學(xué)以空心渦輪葉片制造為研究目標(biāo)，建立了空心渦輪葉片直接制造的技術(shù)路線和裝備系統(tǒng)，在制造葉片結(jié)構(gòu)形狀的同時(shí)，控制葉片定向組織。

     ZHU等[5]研究了成形結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)粉末流場(chǎng)匯聚特性的影響規(guī)律。激光金屬直接成形中，金屬粉末流場(chǎng)存在動(dòng)量和質(zhì)量輸送的物理動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，經(jīng)過(guò)同軸送粉噴嘴的粉末匯聚特性將直接決定熔覆層精度和性能。隨著堆積層數(shù)增加，成形件結(jié)構(gòu)尺寸(主要包括高度和寬度)發(fā)生變化，粉末顆粒與成形件和基板發(fā)生碰撞和反彈進(jìn)而導(dǎo)致粉末流場(chǎng)出現(xiàn)波動(dòng)。與自由射流狀態(tài)相比，激光金屬直接成形中(受阻射流)，粉末流場(chǎng)匯聚點(diǎn)濃度增大且匯聚焦點(diǎn)上移，粉末匯聚焦距減小(0.4 mm)；隨著成形件高度增加，熔覆點(diǎn)處粉末流場(chǎng)濃度降低，粉末流場(chǎng)匯聚性變差；隨著成形件寬度增加，熔覆點(diǎn)處粉末濃度增加，匯聚特性變好。

     PI 等[6]研究發(fā)現(xiàn)了多層激光金屬直接成形的自穩(wěn)定機(jī)。激光金屬直接成形中，激光焦距、粉末匯聚點(diǎn)和激光熔池點(diǎn)的相互關(guān)系直接影響成形質(zhì)量。對(duì)于開(kāi)環(huán)激光金屬直接成形系統(tǒng)，在制造過(guò)程中通常由于工藝參數(shù)不穩(wěn)定而產(chǎn)生表面凹凸，影響成形質(zhì)量。若在下一層熔覆時(shí)，凹陷處熔覆層厚度增加，同時(shí)凸起處熔覆層厚度減小，則成形過(guò)程中的凹凸現(xiàn)象能得到很好的形貌自穩(wěn)定，使激光成形表面形貌的凹凸現(xiàn)象消失，并平穩(wěn)堆積成形。整個(gè)成形過(guò)程一直存在這樣的形貌自穩(wěn)定機(jī)制，保證成形平整、穩(wěn)定進(jìn)行。在不同粉末匯聚情況下進(jìn)行了零件成形試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在粉末負(fù)離焦情況下，成形過(guò)程存在與理論分析相一致的形貌自穩(wěn)定效應(yīng)，當(dāng)采用粉末負(fù)離焦和逐層降低功率相結(jié)合的方法，激光直接成形二維垂直方向薄壁零件，表面粗糙度平均達(dá)到10.5 μm。

     本課題組重點(diǎn)研究了材料組織直接控制規(guī)律?？刂萍す饨饘僦苯映尚芜^(guò)程環(huán)境溫度，可以控制零件內(nèi)部組織為柱狀晶且定向生長(zhǎng)，即成形過(guò)程是一個(gè)定向凝固的過(guò)程。為了控制溫度梯度，防止定向晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，除了優(yōu)化工藝參數(shù)外，課題組發(fā)展了采用低溫氬氣隨形冷卻零件的方法，低溫氬氣噴嘴和同軸送粉噴嘴固定在一起，隨著零件的增高，低溫氬氣對(duì)零件進(jìn)行隨形冷卻，現(xiàn)階段的隨形冷卻由于結(jié)構(gòu)的限制還只適用于直線零件，冷卻過(guò)程中采用紅外比色點(diǎn)溫儀測(cè)量溫度來(lái)反饋控制低溫氬氣的流量。液氬隨形冷卻試驗(yàn)表明，隨著激光沉積層數(shù)的增加，由于熱量累積使得通過(guò)基板散熱效率變低，熔池溫度梯度變小，從而在零件底部形成定向晶組織，而在零件頂部形成等軸晶組織；通過(guò)增加液氬隨形冷卻裝置，從零件底部到頂部均可形成定向晶組織(圖1)。因此，采用液氬隨形冷卻可有效控制定性晶組織的形成。

              (a) 無(wú)液氬隨形冷卻

              (b) 有液氬隨形冷卻

 圖1 液氬隨形冷卻對(duì)零件微觀組織結(jié)構(gòu)的影響

     采用DZ125L、FGH96 高溫合金和鈦合金，對(duì)空心渦輪葉片和整體渦輪葉盤(pán)的激光金屬成形工藝進(jìn)行了研究。采用粉末負(fù)離焦的形貌自穩(wěn)定效應(yīng)、組合式掃描、逐層降功率、中間高兩邊低的掃描速度策略等成形技術(shù)，用激光金屬成形技術(shù)制備出了較高表面質(zhì)量的某型雙工質(zhì)復(fù)雜空心葉片樣件和形狀復(fù)雜的鈦合金閉式整體渦輪葉盤(pán)樣件(圖2)，以及鈦合金人工關(guān)節(jié)樣件(圖3)。

     2 陶瓷零件直接制造-光子晶體

     陶瓷材料具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、抗腐蝕和磨損性能、良好的物理化學(xué)性能。陶瓷零件制造需要模具，因此難以制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷零件，發(fā)展復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件直接制造新方法是制造技術(shù)的發(fā)展方向之一。光子晶體將是影響信息技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一種新穎器件結(jié)構(gòu)，多由高介電陶瓷材料制造而成，內(nèi)部具有點(diǎn)陣微結(jié)構(gòu)使得其制造技術(shù)成為應(yīng)用的瓶頸。西安交通大學(xué)采用增材制造技術(shù)，圍繞著三維光子晶體制造工藝及其微波傳輸性能開(kāi)展了探索性研究。研究了陶瓷材料光固化直接制造方法[7]，研制了基于硅溶膠的水基陶瓷漿料制備工藝。在研究光引發(fā)劑、固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒徑等因素對(duì)陶瓷漿料光固化特性(固化厚度和光敏參數(shù))影響的基礎(chǔ)上，制備出了符合要求的陶瓷漿料。研究了陶瓷漿料的光固化成形機(jī)理，試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，激光照射到陶瓷粒子上產(chǎn)生強(qiáng)烈散射，陶瓷漿料直接成形單條固化線的截面輪廓為扁平狀，單條線固化寬度和固化厚度均隨掃描速度增加而減小。建立了單條線固化寬度和固化厚度的預(yù)測(cè)模型，為工藝智能化提供基礎(chǔ)。

       研究了不同掃描方式對(duì)于陶瓷漿料單層固化厚度的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在交替掃描方式下，陶瓷漿料的單層固化厚度大于分層厚度且具有較高的成形效率。研究發(fā)現(xiàn)，單層固化厚度隨掃描間距增加而降低，建立了臨界掃描間距幾何模型，確定了最小掃描間距，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)研究了分層厚度、掃描方式、輪廓掃描速度和光斑補(bǔ)償對(duì)成形精度的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)分層厚度為0.15 mm 時(shí)，陶瓷零件的成形精度最高；掃描方式對(duì)陶瓷零件的成形精度影響不大，當(dāng)光斑補(bǔ)償值采用0.25～0.40 mm 時(shí)，陶瓷零件成形精度最高。研究了表面臺(tái)階效應(yīng)對(duì)于表面粗糙度的影響，發(fā)現(xiàn)陶瓷零件上下表面粗糙度在傾斜角為15皚時(shí)達(dá)到最大值，但其試驗(yàn)測(cè)量值遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值。所設(shè)計(jì)制備的具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的葉輪盤(pán)模型及陶瓷零件如圖4 所示。

      圖4 葉輪盤(pán)模型及光固化成形陶瓷零件

     所制備的三維陶瓷光子晶體如圖5 所示。在工藝研究的基礎(chǔ)上，研究了光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電磁波傳輸性能的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)光子晶體結(jié)構(gòu)中引入線缺陷，原來(lái)落入禁帶的電磁波能夠沿著線缺陷的方向傳播，同時(shí)不會(huì)發(fā)生因傳播過(guò)程中自發(fā)輻射而造成的能量耗散。研究了光子晶體作為微波天線基板的應(yīng)用特性，采用具有特定禁帶的光子晶體作為偶極子天線基板，減少或完全屏蔽了背瓣的輻射能量，使得偶極子天線的輻射效率提高了10 倍。

       圖5 設(shè)計(jì)和制作的陶瓷光子晶體

     采用增材制造工藝，設(shè)計(jì)并制造了三維超材料試樣，如圖6 所示，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，所制造試樣對(duì)特定頻段的電磁波能產(chǎn)生負(fù)折射現(xiàn)象[8]。研究發(fā)現(xiàn)了光子晶體負(fù)折射性隨微結(jié)構(gòu)和材料變化的規(guī)律，研究了三種微結(jié)構(gòu)形狀的光子晶體負(fù)折射性能，發(fā)現(xiàn)負(fù)折射的中心頻率變化范圍很小，測(cè)試結(jié)果如圖7 所示。正方形微結(jié)構(gòu)頻率寬度最大。認(rèn)識(shí)了各參數(shù)對(duì)光子晶體負(fù)折射性能的影響規(guī)律，為負(fù)折射特性光子晶體的主動(dòng)設(shè)計(jì)和制造奠定了基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)材料或結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的電磁波傳輸性能，為未來(lái)的器件應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)手段。以木堆光子晶體為基本的單元結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)改變局部結(jié)構(gòu)單元填充比來(lái)調(diào)控其電磁參數(shù)(介電常數(shù)、磁導(dǎo)率)，設(shè)計(jì)出了地毯式隱形衣(圖8)[9]、電磁黑洞等器件，實(shí)現(xiàn)了具有特殊功能的電磁波性能調(diào)控，研究成果將會(huì)推動(dòng)超材料從前沿研究向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展。

     3 生物組織制造-關(guān)節(jié)骨/軟骨組織

     自然關(guān)節(jié)骨軟骨復(fù)合體梯度分層結(jié)構(gòu)及各層之間不同的材料組成是關(guān)節(jié)軟骨發(fā)揮其生理功能的基礎(chǔ)。關(guān)節(jié)表面的軟骨組織和下層的骨組織材料不同，界面的微結(jié)構(gòu)影響軟骨的性能和軟骨對(duì)骨的附著性。認(rèn)識(shí)軟骨組織與骨組織的界面結(jié)構(gòu)并制造這些仿生結(jié)構(gòu)是發(fā)展關(guān)節(jié)組織工程的方向。通過(guò)對(duì)自然骨/軟骨界面分析，設(shè)計(jì)并制造了一種新型從材料到結(jié)構(gòu)仿生軟骨/骨梯度組織工程支架，以解決目前骨軟骨組織工程中存在的難題。

     綜合應(yīng)用掃描電鏡、微計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(Micro computed tomography，Micro CT)與組織學(xué)染色切片的方法，分析了骨軟骨組織的組成與其界面的微結(jié)構(gòu)特征[10]。針對(duì)仿生軟骨/骨梯度組織工程支架的制造需求，將骨軟骨界面的微結(jié)構(gòu)總結(jié)歸納為板層、錨定、嵌鎖和管道等，并對(duì)其進(jìn)行了量化分析，建立了骨軟骨復(fù)合體微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，為新型骨軟骨組織工程支架的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。利用組織染色切片、掃描電鏡、Micro CT 三種方法從不同尺度和形態(tài)研究了骨軟骨界面的3D 結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)股骨髁模型與骨軟骨界面微結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)有限元分析發(fā)現(xiàn)，股骨髁表面軟骨厚度的分布有利于應(yīng)力、應(yīng)變的分散。股骨髁軟骨中央?yún)^(qū)域承受的應(yīng)力、應(yīng)變大于邊緣區(qū)域，而中央?yún)^(qū)域因具有更大粗糙度的界面結(jié)構(gòu)則更有利于應(yīng)力與應(yīng)變的分散?；诖耍⒘塑浌切螒B(tài)、骨軟骨界面微結(jié)構(gòu)與關(guān)節(jié)生物力學(xué)性能之間的關(guān)系。這三者互相影響，彼此適應(yīng)，共同保證了關(guān)節(jié)的正常的生理功能。

     BIAN 等[11-12]研究并設(shè)計(jì)了一種新型的從結(jié)構(gòu)到材料構(gòu)成全方位仿生的軟骨/骨梯度組織工程支架，并對(duì)支架的制造工藝進(jìn)行了摸索。采用陶瓷直接成形制造的β-TCP 生物陶瓷骨支架，在微孔孔徑、連通孔徑、力學(xué)性能等方面均達(dá)到了理想骨組織工程支架的要求。利用凝膠注模工藝將Ⅰ型膠原水凝膠復(fù)合到骨支架上，軟骨支架突起伸入并充滿(mǎn)骨支架界面連接結(jié)構(gòu)，Ⅰ型膠原與β-TCP 緊密結(jié)合，所形成的復(fù)合支架[11]最大抗剪切力為11.8 N±6 N，有助于解決傳統(tǒng)軟骨支架抗剪切性能差、容易脫層的問(wèn)題(圖9)。

      圖9 骨軟骨復(fù)合支架與動(dòng)物試驗(yàn)

      針對(duì)犬和兔膝關(guān)節(jié)大面積骨軟骨缺損，利用所制備的軟骨骨復(fù)合支架開(kāi)展了動(dòng)物試驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)新生軟骨與陶瓷支架結(jié)合緊密，形成了類(lèi)似于自然骨軟骨的連接結(jié)構(gòu)。新生軟骨無(wú)論從大體標(biāo)本和組織學(xué)評(píng)價(jià)均與關(guān)節(jié)透明軟骨高度相似，軟骨/骨的結(jié)合力達(dá)到55 N，接近于自然軟骨水平，新生軟骨的彈性模量與透明軟骨的彈性模量相匹配，初步實(shí)現(xiàn)了工程化軟骨的功能化。

    4 生物器官制造-植入式人工肝組織

    肝臟是人體最大的“生化加工廠”。中國(guó)肝病毒攜帶者高達(dá)1.3 億人，其中慢性肝炎患者有3 000萬(wàn)。肝臟移植是最有效的治療手段，然而供體的匱乏一直制約著肝臟移植。研究旨在將工程化制造與生物自體生長(zhǎng)相結(jié)合，制造具有一定時(shí)效和肝功能的肝組織，解決供體匱乏的問(wèn)題。這些研究為增材制造技術(shù)向軟組織材料發(fā)展提供新思路[13-14]。本課題組研究了人工肝組織支架材料。對(duì)絲素白/明膠、鼠尾膠原水凝膠以及其他修復(fù)材料(如殼聚糖)的材料配比、工藝性能、體外細(xì)胞毒性和體內(nèi)植入生物相容性進(jìn)行了研究。確定了以絲素蛋白/明膠為體外動(dòng)靜態(tài)培養(yǎng)研究的支架材料；以糖化鼠尾膠原水凝膠和高濃度鼠尾膠原水凝膠作為異位修復(fù)壓印仿生支架的材料。

    本課題組研制了適合微結(jié)構(gòu)成形的逐層壓印疊加成形裝備，實(shí)現(xiàn)了壓印工藝的自動(dòng)化增量成形，成形平臺(tái)達(dá)到250 mm?50 mm，定位精度達(dá)到0.1 mm。在對(duì)肝組織結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了人工肝組織支架的仿血管樹(shù)[15]和仿肝小葉兩種仿生結(jié)構(gòu)[16]，并對(duì)其微觀流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了流體分析，確立了最佳管徑比和最佳夾角。針對(duì)仿血管樹(shù)支架和仿肝小葉支架j構(gòu)，研究并建立了仿生支架壓印卷裹成形和層疊成形工藝方法。最新提出的絲素蛋白/明膠材料的冰模壓印成形方法，消除了支架表面成膜的問(wèn)題，大大提高了支架微觀結(jié)構(gòu)的連通性，有效促進(jìn)了細(xì)胞的活性和擴(kuò)增[17](圖10[15])。

     圖10 生物軟組織支架的仿生設(shè)計(jì)制造

    本課題組研制了具有氧合功能的生物反應(yīng)器及培養(yǎng)系統(tǒng)，用于體外構(gòu)建人工肝組織，一次可以同時(shí)帶動(dòng)三個(gè)生物反應(yīng)器，每個(gè)生物反應(yīng)器可裝載并培養(yǎng)6 個(gè)人工肝組織塊，體積達(dá)到1 cm3 以上。開(kāi)展了人工肝組織動(dòng)物體內(nèi)修復(fù)試驗(yàn)，即原代肝細(xì)胞\成纖維細(xì)胞\仿生支架構(gòu)成的壓印人工肝組織體內(nèi)異位修復(fù)。修復(fù)對(duì)象包括正常SD 大鼠、F344 近交大鼠和SD 大鼠肝硬化模型的修復(fù)。通過(guò)體內(nèi)植入修復(fù)試驗(yàn)，取得了良好的進(jìn)展。

      壓印肝組織通過(guò)成纖維細(xì)胞與肝細(xì)胞的共培養(yǎng)，以及采用高濃度鼠尾膠原水凝膠兩項(xiàng)措施，使人工肝組織在體內(nèi)成活時(shí)間達(dá)到28 d，人工肝組織厚度達(dá)到2 mm 以上，面積達(dá)到1.5 cm×5 cm，國(guó)外研究的人工肝組織成活時(shí)間達(dá)到90～140 d，但厚度最大只有250μm ，面積不到1 cm2，主要是表面培養(yǎng)。立體化結(jié)構(gòu)是自然肝組織的一個(gè)重要特征，是實(shí)現(xiàn)許多肝功能和肝組織結(jié)構(gòu)的前提。本研究發(fā)現(xiàn)，植入體內(nèi)的人工肝組織的肝細(xì)胞發(fā)生了有規(guī)律的組合的跡象，形成了類(lèi)肝細(xì)胞索，這是人工肝組織向自然肝組織轉(zhuǎn)化和形成膽管的前提，在國(guó)內(nèi)外刊物中鮮見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。下一步將把內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和肝細(xì)胞共同培養(yǎng)，同時(shí)提高水凝膠的結(jié)構(gòu)保持性，使植入體內(nèi)的人工肝組織形成必要的血管網(wǎng)，有可能使人工肝組織在體內(nèi)進(jìn)一步向自然肝組織轉(zhuǎn)化。

     5 結(jié)論

    (1) 增材制造是大批量制造模式向個(gè)性化制造模式發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)，其突出的優(yōu)勢(shì)在于在實(shí)現(xiàn)低成本高效率復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造。材料逐點(diǎn)累加這一成形原理給制造技術(shù)從傳統(tǒng)的宏觀外形制造向宏微結(jié)構(gòu)

一體化制造發(fā)展提供了新契機(jī)。

    (2) 外形宏觀結(jié)構(gòu)與微觀組織結(jié)構(gòu)的一體化制造，使得制造過(guò)程短流程化。面向金屬、陶瓷和復(fù)合材料，融合冷熱加工，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的控形控性制造。這一原理在金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料的成形制造中有著其他制造方法難以替代的優(yōu)勢(shì)。

    (3) 以金屬組織定向晶組織結(jié)構(gòu)制造、光子晶體制造、生物組織器官制造為例，展現(xiàn)了增材制造技術(shù)的優(yōu)越性，拓展制造技術(shù)的應(yīng)用范圍，為制造技術(shù)展示出了新的發(fā)展前景，為相關(guān)學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供制造技術(shù)支撐。

    參 考 文 獻(xiàn)

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    作者簡(jiǎn)介：李滌塵(通信作者)，男，1964 年出生，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)樵霾闹圃炫c生物制造。E-mail：dcli@mail.xjtu.edu.cn__