近些年，經常會(hui) 看到關(guan) 於(yu) 3D打印的新聞報道：醫院用3D打印定製出適合病人尺寸的器官模型，某創作團隊製造出薄如紙片的LED燈……美國通用電氣公司曾指出，50年內(nei) 3D打印技術將能夠成功打印出一台航空發動機。3D打印技術已被認為(wei) 是第三次工業(ye) 革命的核心技術之一。

3D打印屬於(yu) 快速原型製造技術的一種，是一種以數字模型文件為(wei) 基礎，運用工程塑料或金屬粉末等可黏合特性，通過逐層打印的方式來構造物體(ti) 的快速成形技術。該技術能夠簡化產(chan) 品製造程序，縮短產(chan) 品研製周期，提高效率並降低成本，可廣泛應用於(yu) 醫療、文化、國防、航天、汽車及金屬製造等產(chan) 業(ye) ，被認為(wei) 是近20年來製造領域的一個(ge) 重大技術成果。

根據打印技術原理以及所適用材料的不同，3D打印技術可分為(wei) 激光熔覆成型技術(LCF)、熔融沉積快速成型技術(FDM)、選擇性激光燒結技術(SLS)、立體(ti) 光固化技術(SLA)、三維印刷成型(3DP)等。但這些傳(chuan) 統的3D打印技術能夠打印的線材尺度目前隻能到毫米級，所打印的成果產(chan) 品表麵有的還較粗糙，達不到最理想的效果，另外有的生物產(chan) 品經過3D打印的高溫燒結或熔融沉積會(hui) 導致生物活性降低，限製了其應用，因此研究者開始把眼光投到更深層次的應用和技術上。於(yu) 是我們(men) 熟悉的靜電紡絲(si) 技術開始進入人們(men) 的想象。

在靜電紡絲(si) 行業(ye) ，3D打印也越來越受到人們(men) 重視，研究者開始思考如何將同樣受到重視的靜電紡絲(si) 與(yu) 3D打印結合集成為(wei) 一體(ti) ，從(cong) 而改變3D打印在尺寸上的缺陷，同樣也使靜電紡絲(si) 從(cong) 單純的膜、線、帶這種二維結構擴大到三維結構，由此3D打印結合靜電紡絲(si) 慢慢開始從(cong) 研究者的想象中走出來，進入現實，一些技術開始得到應用。

3D生物打印技術是當前3D打印技術中最前沿、最受關(guan) 注的領域之一。由於(yu) 3D打印具有個(ge) 性化特點，可廣泛應用於(yu) 生物醫學，具體(ti) 包括細胞打印、組織工程支架和植入物、牙科等。雖然生物3D打印技術在製造生物可降解的三維結構方麵，有著其他傳(chuan) 統工藝不可比擬的優(you) 勢，但是目前幾種較成熟的3D打印工藝，如SLS、SLA和3DP中往往借助了高溫燒結、噴灑黏結劑等輔助成形手段，會(hui) 導致材料生物活性遭到破壞，這在很大程度上限製了這些方法在組織工程、生物醫藥等領域的應用。為(wei) 此，基於(yu) 3D打印原理的生物增量擠出成形技術和電紡絲(si) 技術先後被提出，並受到國內(nei) 外學者的廣泛關(guan) 注。

3D打印軟骨

澳大利亞(ya) 昆士蘭(lan) 科技大學Dietmar W. Hutmacher教授團隊在《Nature Communications》上發表了《Reinforcement of hydrogels using three-dimensionally printed microfibres》一文，詳細介紹了如何利用生物相容性材料更為(wei) 有效地修複人體(ti) 組織，尤其是關(guan) 節軟骨。由於(yu) 軟骨既要有一定的機械強度又需要具備柔韌性，因此研究人員測試一種新的水凝膠和超細纖維支架合成材料來到達此要求。研究人員使用了一種新的3D打印技術——熔體(ti) 靜電紡絲(si) 寫(xie) 入(melt electrospinning writing)技術，這是一種使帶電荷的聚合物熔體(ti) 在靜電場中形成射流來製備聚合物超細纖維的加工方法，該方法有助於(yu) 提供用於(yu) 細胞生長的空間，同時對細胞所需的機械剛性也有一定的幫助。最終打印出的結構不僅(jin) 能夠實現自然愈合，而且能促進新組織的生長。這項基於(yu) 靜電紡絲(si) 原理的3D打印技術，為(wei) 生物醫學研究人員打開了大門。

3D打印可吸收血管支架

《physical chemistry chemical physics》(Phys.Chem.Chem.Phys.,2015, 17, 2996)發表了韓國機械和材料研究院Su A. Park教授《Characterization and preparation of bio-tubular scaffolds for fabricating artificial vascular grafts by combining electrospinning and a 3D printing system》一文，文獻中提到用天然高分子納米纖維組成的人造血管移植到人體(ti) 中以促進受損血管的恢複。然而，靜電紡絲(si) 納米纖維的生物相容性材料，如殼聚糖，都缺乏良好的機械性能。因此研究者的設計和製造分為(wei) 兩(liang) 步，第一步采用靜電紡絲(si) 技術製備殼聚糖和PCL共混納米纖維支架，然後使用3D快速成型技術塗布PCL鏈，最終製備出人造血管。應用此方法製造的人造血管具備優(you) 良的機械性能，並且該方法可用於(yu) 血管重建。

上海大學快速製造工程中心在生物3D打印方麵也有突破性進展。上海大學劉媛媛在2015年6月《Journal of Southeast University》中發表題為(wei) 《Composite bioabsorbable vascular stents via 3D bio-printing and electrospinning for treating stenotic vessels》一文，文中設計了一種新型血管支架用於(yu) 血管狹窄治療。針對目前製備生物可吸收血管支架在裝備和技術上的不足，提出了結合生物3D打印和靜電紡絲(si) 製備複合生物可吸收血管支架的新方法。首先，用PPDO材料通過3D打印製備支架內(nei) 層；然後配製殼聚糖和PVA混合溶液，通過靜電紡絲(si) 製備支架外層，力學性能測試顯示結合3D打印和靜電紡絲(si) 製備的支架要好於(yu) 僅(jin) 采用普通支架。在支架上種植細胞試驗表明，細胞在支架上有良好的粘附和增殖，所提出的複合成形工藝和方法，為(wei) 後續構建可控載藥支架提供了很好的思路。

3D打印服裝

目前用3D打印技術打印的衣服一般質感較硬，無法做貼身的衣物。傳(chuan) 統的靜電紡絲(si) ，一般使用高壓電源，泰勒錐與(yu) 接收平台之間的距離較大，紡絲(si) 之後成為(wei) 一團，難以控製其有序堆疊。來自美國舊金山的團隊將成型平台製作成衣架形狀，推出了全球第一個(ge) 3D電動織布機Electroloom，可實現自動生產(chan) 聚酯纖維混棉衣物。這台3D打印機的原理類似於(yu) 靜電紡絲(si) ，使用CAD軟件設計模板，將設計好的模板放入打印倉(cang) 後，混合的織物液態溶液在電磁場的引導下，按照模板“澆鑄”成型，這一過程稱為(wei) “靜電紡絲(si) ”。然後，打印機將混合在一起的納米纖維均勻地塗織成型，凝結成一種無縫的麵料。

3D打印建築物

韓國國立首爾大學Kim教授在《Langmuir》上發表題為(wei) 《Toward Nanoscale Three-Dimensional Printing: Nanowalls Built of Electrospun Nanofibers》的文章，他們(men) 展示了可以用3D打印構建的獨立納米牆壁和其他納米級3D物體(ti) ，介紹了一種以精確、重複的方式靜電沉積聚合物納米纖維從(cong) 而生成指定物體(ti) 的新方法。

靜電紡絲(si) 是一種製造聚合物納米管相對簡單的方法。納米級纖維流非常混亂(luan) ，要想控製單根纖維十分困難。在他們(men) 最近的研究工作中，發現使用一種薄金屬電極線可以使得納米級纖維流相對有序。使用這條線，上述聚合物納米管可以被堆疊形成壁形結構。研究表明，可以利用纖維和金屬線之間的靜電相互作用平衡聚合物纖維內(nei) 部的張緊程度，並且通過控製底座的平移可以控製一個(ge) 納米壁的長度。該研究小組稱這種新穎的3D打印技術可用於(yu) 生物支架、納米過濾器、納米電極等的開發應用。

電紡已經在組織工程支架和儲(chu) 能等領域發揮了其巨大的作用，但在構建各種形狀方麵，還是需要快速成型技術，所以3D打印技術的加入無疑會(hui) 豐(feng) 富電紡的應用空間，而反過來，如今的3D打印技術在尺寸細化問題上還不能得到很大突破，僅(jin) 止於(yu) 毫米尺度，電紡技術解決(jue) 了線材的尺寸問題。