本研究使用SLA 3D打印技术制备了基于多孔3YSZ结构的高性能MT-SOFC。通过研究不同参数的影响，确定了最佳制备条件。结果表明，采用特定粒径和含量的造孔剂、适当的球磨时间、氮气氛围和预烧结温度可获得最佳性能。优化条件下，SOFC在850°C下展现出高功率密度，并在测试后保持完好，成功制备了用于SOFC应用的3D打印多孔3YSZ惰性支撑体。

近日，檀国大学组织再生工程研究所的Jung-Hwan Lee、Hye Sung Kim和Hae-Won Kim团队在《Advance Healthcare Materials》上发表了Strontium/Silicon/Calcium-Releasing Hierarchically Structured 3D-Printed Scaffolds Accelerate Osteochondral Defect Repair的研究论文，开发了支架介导的治疗离子传递系统。这些支架由聚（ε—己内酯）和锶（Sr）掺杂的生物活性纳米玻璃（SrBGn）构成，产生了独特的分层结构，其特征在于3D打印的大孔、微孔和由于SrBGn整合而形成的纳米拓扑结构。

 



 

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adhm.202400154

研打印的大孔、和由于SrBGn整合而形成的纳米拓扑结构。SrBGn-μCh能释放Sr、Si和Ca离子，促进软骨细胞的活化、粘附、增殖和成熟相关基因的表达。这种多离子递送显著影响软骨细胞的代谢活性和成熟。重要的是，Sr离子可能通过Notch信号通路在软骨细胞调节中发挥作用。值得注意的是，软骨的结构和拓扑线索加速了软骨细胞和骨髓源性间充质干细胞的募集、粘附、扩散和增殖。Si和Ca离子促进成骨分化和血管形成，而Sr离子促进M2巨噬细胞的极化。研究结果表明，SrBGn-μCh支架通过递送多种离子并提供结构/拓扑线索来加速 骨软骨缺损修复，最终支持宿主细胞功能和缺损愈合。这种支架在骨软骨修复应用中具有很大的前景。

 

  图1.掺锶生物活性纳米玻璃复合的分层结构3D打印支架的制备和特性。



图2.生物活性纳米玻璃的Sr取代使多种离子释放，包括Sr，Si和Ca离子，并加速其表面的非细胞生物矿化。



 

图3.SrBGn—μ Ch复合离子释放增强体外软骨细胞活性



 

图4.从SrBGn-μCh释放的锶离子改变软骨细胞的转录组学水平，有助于软骨修复。将软骨细胞与μCh、BGn-μCh和SrBGn-μCh的提取物培养7 d后进行批量RNA测序分析。BGn; BGn-μCh和SrBGn; SrBGn-μCh。

     



 

图5.除了多种离子的联合作用外，SrBGn的纳米拓扑学线索进一步增强软骨细胞粘附和随后的增殖和成熟。



 

图6.复合支架促进BMSCs增殖、迁移和成骨分化。a—f）间接培养和g—i）用支架直接培养BMSC。



图7.SrBGn—μ Ch促进骨软骨缺损模型中的软骨和骨再生a—d）腕关节修复评估。


图8.SrBGn-μCh促进骨软骨缺损修复的研究进展SrBGn-μCh具有独特的化学和物理性质，这些性质共同影响骨软骨缺损再生的一系列细胞过程。支架内生物活性纳米玻璃赋予的纳米形貌特征在增强软骨细胞和BMSC的粘附、扩散和随后的增殖中起关键作用。此外，从复合支架释放的Sr 2+、Si 4+和Ca 2+离子的集体影响加速软骨细胞成熟。特别是，Sr离子在调节软骨细胞和BMSC迁移以及促进巨噬细胞的M2极化方面发挥独特的作用。另一方面，Si和Ca离子对BMSC成骨分化和血管形成具有更显著的影响。SrBGn-μCh以其层次结构和形貌特征有效地协调了涉及宿主细胞的各种生物学过程。在骨软骨缺损再生过程中，多种离子的相互作用增强了这种协调。



研究结论

我们开发了3D打印的SrBGn—μ Ch支架，其显著增强了骨软骨修复。它们独特的结构，沿着与大/微孔和纳米拓扑线索，允许持续的多离子输送Sr，Si和Ca离子。这积极影响与软骨细胞功能和成熟相关的基因表达，Sr离子调节Notch信号通路。此外，由于生物活性纳米玻璃的整合，支架的纳米拓扑学线索协同加速了软骨细胞和BMSCs的粘附、扩散和随后的增殖。Si和Ca离子在促进BMSCs成骨分化和血管化方面更为明显，而Sr离子在促进宿主细胞募集和M2巨噬细胞极化方面更为有效。我们的研究结果表明，这种支架具有良好的骨软骨修复应用的潜力。



上图为我司使用生物活性玻璃和生物陶瓷利用光固化DLP成型方式制作的生物支架，为老师们做科研提供更高效的方法。

在此基础上，他们还研究了牙冠的尺寸精度和与牙冠配合度，通过数字光处理技术制作了牙冠和牙桥。研究结果表明，采用DLP技术打印的氧化锆牙冠的配合度可以接近临床标准，尽管与研磨技术打印的氧化锆牙冠仍存在差距。此外，未完全去除支撑结构会对尺寸精度产生负面影响，因此需要进一步优化支撑结构以提高DLP打印牙冠的尺寸精度。总之，通过研究结果可以看出，利用DLP技术打印的氧化锆牙冠的尺寸精度和配合度已经接近临床标准。

通过激光直写技术来调控热塑性SMP中的内应力分布。激光扫描的数字化编程特性使得应力分布可以时空精确控制。几何形状和内应力之间的解耦可以创造更多可能性。

这项研究使用同轴静电纺丝技术开发了一种具有壳-核结构的双层PGPC-PGPH多孔支架，以解决由GCTB引起的OCDs治疗中的两个关键临床挑战：残留肿瘤的消除和OCDs的再生促进。PGPC-PGPH支架表现出良好的生物相容性和力学性能，同时有效根除GCTB组织并促进OCDs再生。值得注意的是，PGPC-PGPH支架的外层携带声敏感剂（PpIX），在接受体外超声照射时，通过声动力疗法选择性地靶向和破坏GCTB组织，从而防止肿瘤复发。声动力疗法的热效应加速壳层降解，促进内核层中的CS和HA的释放，诱导局部干细胞分化为软骨和骨，精确修复相应的缺陷。PGPC-PGPH支架独特的壳-核结构允许时间控制，在组织修复之前优先进行抗肿瘤治疗。总体而言，双层设计可以提供时间上的控制，先根除骨肿瘤细胞，然后促进骨软骨再生。它还通过空间上的控制确保上层软骨和下层骨骼的精确再生。这项研究为治疗骨肿瘤引起的骨关节炎提供了一种"时空调控"的新方法，并为其临床应用奠定了基础。

报道了该研究的目标是评估使用DLP技术（数字光处理技术）打印的定制氧化锆种植体的尺寸精度和表面形貌，以及评估打印材料的抗弯强度。研究采用了体外实验方法对打印的氧化锆种植体和椎间盘进行了力学性能和表面形貌的评估，并使用数字减法技术对尺寸精度进行了评估。

报道了使用dlp立体光刻3D打印技术制备全8YSZ单体的工艺。该工艺包括以下步骤：制备可紫外光固化的陶瓷悬浮液，通过坯体成型将悬浮液打印成所需形状的陶瓷单体，然后进行脱脂和烧结处理。这种方法提供了一种简单的方式来制备具有设计灵活性的8YSZ陶瓷单体，并且有可能将3D打印技术扩展到能源领域的应用。

提高涡轮叶片的散热效率对于提高航空发动机的推重比至关重要。为了实现这一目标，需要设计复杂的内部冷却通道。然而，由于传统工艺的限制，制备复杂结构的陶瓷芯变得困难。因此，立体光刻3D打印技术成为一种可行的选择。为了成功制备高性能的陶瓷芯，需要制备高固含量、低粘度和均匀稳定性的陶瓷浆料。为了达到这些要求，选择合适的分散剂是非常关键的。本文研究了单分散剂和双分散剂对陶瓷浆料流变性能的影响，并阐明了分散剂的作用机理。我们成功制备了一种体积分数为70vol%、粘度为10520mPas(12.6s-1)的硅基陶瓷芯浆料。通过优化打印参数，实现了复杂结构的硅基陶瓷芯的制备。研究结果表明，增加固含量可以降低陶瓷芯的收缩率并提高其抗弯强度。通过成功制备基于高固含量浆料的复杂结构陶瓷芯，立体光刻3D打印技术在陶瓷芯领域得到了广泛应用。

在这项工作中，使用基于DLP的3D打印方法成功地制造了3Y-TZP陶瓷零件。烧结后的氧化锆相对密度为99.5%，抗折强度为821±65MPa，硬度和断裂韧性分别为11.73±0.23GPa和4.37±0.22MPa m1/2。为了确保没有缺陷，研究者仔细修改了氧化锆颗粒的表面，使其能够获得低粘度光固化氧化锆陶瓷悬浮液，最佳固体负载为48vol%。为了进一步提高打印部件的质量，3Y-TZP陶瓷绿体在氩气气氛中进行了细致的一步脱脂过程，然后在1480°C的优化温度下在空气气氛中烧结。通过逐渐提高烧结温度到这个水平，能够实现3Y-TZP陶瓷的逐渐致密化，从而产生更均匀的微观结构，最终改善机械性能以及更一致的收缩行为。然而，值得注意的是，超过烧结温度的上限会对3Y-TZP陶瓷的理想性能产生不利影响，这强调了在制造过程中适当控制温度的重要性。

4D打印实现了3D打印的可控形状变形，并使复杂形状设计的多种可能性成为可能。然而，4D打印通常是应用于容易变形的软材料。而陶瓷本质上是硬而脆的，这阻碍了其在4D打印中的发展。本研究利用打印陶瓷在烧结过程中的应力不匹配，实现了陶瓷结构的4D打印。一般来说，3D打印陶瓷体烧结后的收缩率与所用陶瓷材料的固体含量成反比。奇遇科技团队通过打印底层高固含量、顶层低固含量的双层氧化锆(ZrO2)陶瓷，令其烧结收缩率的内应力的方向与低收缩率材料的轴向方向一致，实现其形状由平面变为弯曲结构。在这一过程中，研究人员通过选择不同的打印工艺来定制陶瓷结构的形状变形行为。最后，通过对陶瓷材料的固含量和打印路径进行编程，实现了具有各种特性的4d打印陶瓷花朵。

2022年7月9日，南方科技大学机械与能源工程系白家鸣教授团队在《Additive Manufacturing》上发表题为3D printing of ceramic composite with biomimetic toughening design的研究论文，提出了一种通过3D打印和新型仿生设计制造具有复杂几何形状的耐损伤陶瓷复合材料的有前景的方法。

报道了这项研究使用DLP 3D打印技术制备了掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷，并对其力学性能进行了评估。评估采用了三点弯曲、压缩和维氏硬度测试。除此之外，研究还对这些生物陶瓷的生物学特性进行了深入的研究，包括细胞粘附性和毒性。

报道了使用3D打印技术对基于氧化铝、氧化锆或两者混合物的部件制造进行微调时需要分析的参数。具体来说，这些参数包括杨氏模量、导热系数、热膨胀系数（CTE）和泊松比。这些参数需要被考虑和分析，因为它们对最终部件的热弹性性能有影响。

报道了一种将嵌入式3D打印（EMB3D）与微波激活固化相结合的方法，用于在任意几何形状中制造具有控制成分的建筑陶瓷。

在604-TMSPM-BA材料体系的基础上，开发了一种具有优异印刷性能和高陶瓷收率的PCP前驱体。BA的加入对高打印分辨率具有重要意义。BA能显著改善PCP坯体的力学性能，降低固化树脂与膜之间的附着力，避免印刷过程中对印刷结构的破坏。通过DLP3D打印技术制造各种高精度陶瓷机械零件，如螺钉，蜗轮，涡轮机，传动轴和喷嘴。整体尺寸从亚毫米到厘米的点阵和细胞结构可以制造，打印分辨率高达5微米。经1100℃真空热解后，PCP前驱体可转化为SiOC陶瓷，陶瓷收率高达56.9%。打印的I-WP结构SiOC陶瓷抗压强度可达240MPa，而实际密度仅为0.367g/cm3。相应的比强度高达6.54×105N·m/kg。在打印分辨率、比强度和陶瓷收率方面，本文的604-TMSPM-BA前驱体和衍生SiOC陶瓷与之前报道的作品相比都处于顶尖水平。本工作中对pdc的3D打印将极大地提高pdc的实际应用价值，在工程领域和极端环境中找到广泛的应用。

2021年6月12日，天津大学材料科学与工程学院的研究人员在《Additive Manufacturing》上发表题为Continuous fast 3D printing of SiOC ceramic components的研究论文，提出了一种聚硅氧烷(PSO)前体连续自上而下CLIP打印。

近日，苏黎世联邦理工学院Robert K. Katzschmann在《Materials Today》上发表题为Perforated red blood cells enable compressible and injectable hydrogels as therapeutic vehicles的研究论文，提出了一种新型的具有形状恢复能力的可注射水凝胶。

综上所述，这项工作所提出的方法，具有用于扩大制造大面积周期性或确定性非周期性微结构的能力，并具有力学和结构方面的优势，这些优势尚未在实际规模的批量生产应用中得到充分利用。如果这样的微建筑能够在比现有的更大的规模上使用，那么所描述的这些建筑材料将会有广泛的应用，例如生物医学设备、非凡的力学系统、功能性纹理表面、用于能量转换系统的基底、以及海浪工程的元结构等。此外，研究者的集成光刻系统，可以整合到其他具有不同类型和尺寸显示系统的基于数字光处理的光刻系统中，进一步使用简单和廉价的组件增加系统的构建面积。这种兼容性，可激发该方法与数字光流制造的高通量微粒子合成的集成。该工作，不仅为周期性或确定性非周期性印刷提供了一个可扩展的立体光刻微制造平台，而且为微结构/粒子的大规模生产或大规模制造提供了新的可能性。

2019年10月15日，马里兰大学胡良兵课题组在《ACS Energy Letters》上发表题为lexible Garnet Solid-State Electrolyte Membranes Enabled by Tile-and-Grout Design的研究论文，提出了一种具有“瓷砖-灌浆”规则图案结构的复合柔性电解质膜设计策略，利用3D打印增材制造的方法将陶瓷电解质“瓷砖”通过苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC）“泥浆”无间隙地连接在一起。

该团队开发了一种新型的CPH-EBI前体墨水，通过将导电聚合物PEDOT:PSS和离子型大分子粘合剂PSBMA引入到强韧的PVA水凝胶前体溶液中。所制备的前体墨水具有出色的3D打印性能，并能够经过循环冻融转化为具有优越的电学、力学和生物相容性的CPH-EBI。基于这种CPH-EBI制作的可拉伸皮肤电极展示出比商业肌电极更好的电生理信号记录能力。这项工作提供了一种新的设计策略，以解决目前导电生物粘附界面综合性能不足的问题，并为基于导电生物粘附界面的电子器件和可穿戴设备的设计和制造提供了新的途径

该团队开发了一种具有高精度3D打印能力的生物墨水，由导电聚合物和生物医用高分子组成。这种生物墨水可以制备出具有高分辨率和复杂结构的生物电子器件。这些生物电子器件具有与生物组织相似的模量，能够稳定地粘附在生物组织上，实现与生物组织的电学交互。团队还使用多材料3D打印技术制造了全水凝胶生物电子，并成功将其应用于大鼠心脏表面，实现了长期稳定监测和精确电学调控。这项研究为下一代生物电子技术提供了重要的技术支持。

本研究对PZT陶瓷悬浮液的配方进行了优化，实现了DLP打印，提高了印刷质量。特别研究了分散剂浓度对陶瓷悬浮液的流变行为、分散行为和固化行为的影响。首先，用FTIR光谱法评价了分散剂对颗粒表面的吸附程度。通过流变学分析和分散学分析的结果，验证了不同分散剂浓度所形成的颗粒表面界面结构的差异。两种分析结果与分散剂在颗粒表面的吸附程度的结果一致。含有最佳分散剂浓度的陶瓷悬浮液粘度最低，剪切稀释行为最强，沉降速率最慢，分散稳定性最高。通过对DLP打印陶瓷元件的光聚合动力学、表面粗糙度、固化深度和固化宽度等结果，研究了陶瓷悬浮液的固化性能。含有最佳分散剂浓度（2wt%）的陶瓷悬浮液具有最高的转化率和光聚合率。

从评估工作中得出的结论是，将PEG、DBP和拉脱石作为水介质添加剂的组合可以制备具有适当DIW打印性能的氧化锆基油墨。对于油墨的流变行为，氧化钇的添加量并没有显著影响，差异可能归因于原料粉末粒度分布的差异以及对油墨凝胶基基质的可能破坏。在1550℃-2h的烧结后，所有不同油墨制备的DIW原型均实现了约90%的密度。样品的机械性能与文献中报道的相似；然而，与传统压制方法得到的99%致密氧化锆组件相比，断裂韧性和硬度降低了约25%。这项研究展示了使用3Y-TZP、4Y-PSZ和5Y-PSZ制备具有合理固含量的陶瓷墨水的潜力，可以实现DIW技术的3D打印和制造3D陶瓷原型。然而，需要进一步改进油墨的开发和3D打印策略，以提高所得部件的密度和机械性能。

本文的实验结果表明，将增材制造与超快高温烧结相结合可以实现打印、剥离和烧结无缺陷的复杂几何形状致密陶瓷部件。这种方法有望成为无压烧结、热压等传统技术的节能替代方案，为解决当前能源危机迈出了一小步。该方法灵活经济可行，适用于广泛的复杂几何形状和组成。一个非常值得注意的特点是，超快高温烧结允许在一个步骤中结合热脱脂和烧结，仅需几十秒的时间。虽然适当的化学脱脂步骤是必不可少的，以获得无裂纹的不扭曲陶瓷体，在超快高温烧结中，该步骤的持续时间也可以减少到几分钟。烧结样品呈黑色，可能是由于存在石墨碳（较短的超快高温烧结时间）或部分氧化物还原（特别是在最严重的超快高温烧结条件下）。通过控制超快高温烧结的电流和时间，可以定制最终密度和微观结构演变。优化的超快高温烧结条件可以实现完全致密和均匀的微观结构，具有亚微米级的晶粒，与传统长时间（约5000分钟）脱脂和烧结获得的组织相媲美。因此，超快高温烧结能够显著缩短熔融长丝制造陶瓷部件的热处理时间（脱脂/烧结），减少甚至超过99%。这一方法可以简化制程，实现节能效果。

报道了研究商用CIM粘结剂在氧化锆零件的FFF打印中的应用。研究选择了四种不同的粘结剂组合物，并将它们与市售氧化锆粉末混合，制备出陶瓷原料。研究通过对混合、挤出和打印过程中获得的数据进行比较，评估了这些原料的性能。为了更好地比较，还将这些原料的流变性能和打印行为与商业氧化锆3D打印进行了对比。

通过优化粉体级配设计和烧结工艺，制备出了具有最佳孔隙率和综合性能的SLA 3D打印氧化铝陶瓷芯材。粗粉含量对烧结驱动力和热力学终止起着重要作用，烧结温度则通过调节陶瓷芯的致密化速率和粉末生长过程来影响其综合性能。不同粒度的粉末呈现不同的烧结状态。此外，发现了层隙、粗粉与细粉之间的过渡隙以及细粉之间的桥接孔隙三个来源，并对它们的形成机理进行了分析。建立了SLA 3D打印陶瓷芯的“非骨架”微观结构模型。挠度试验表明，影响材料高温蠕变性能的主要因素是烧结孔隙率而不是晶粒尺寸。最佳的氧化铝陶瓷芯的开孔率为36.4%，高温挠度为2.27mm，弯曲强度为50.1MPa，为SLA 3D打印制备中等强度、低高温挠度的高孔隙率陶瓷芯提供了一条新途径。

研究中提出了两个方法来改进陶瓷件的性能。第一个方法是在光固化浆料中添加造孔剂，以控制和调整陶瓷芯的孔隙度。第二个方法是通过进行三重烧结工艺，进一步改善烧结过程，以调整零件的性能。

该报道介绍了使用DLP-立体光刻技术制造致密和复杂氧化锆陶瓷零件的方法。

报道了研究人员考察了不同浓度和种类的分散剂对氧化铝陶瓷悬浮液的稳定性和粘度的影响。

本研究使用VPP 3D打印技术成功制备了一种具有优异综合性能的YAG增强铝基陶瓷芯。

报道了一项关于制备光敏氮化硅浆料的工作。

研究人员提出了一种新的可控氧化涂层方法，成功实现了SiC@SiO2坯体的光固化3D打印，同时提出了碳热还原与气相硅化相结合的两步反应方法，成功地去除了SiO2包覆层，并实现了80~300μm周期结构SiC陶瓷的反应烧结。

基于DLP工艺的研究，旨在通过添加Al2O3等轴颗粒和血小板来增强ZrO2陶瓷，制造具有高度水平纹理的ATZ陶瓷的可行性。

报道了本研究的目的是评估表面抛光和打印层取向对3mol％氧化钇稳定氧化锆(3Y-TZP)的立体光刻(SLA)疲劳行为的影响，并与减法制造进行比较。

一种经济的微sla技术，用于从固体含量为70%的UV浆料中制备陶瓷。该研究在后处理阶段证明了一步热处理工艺可以代替分离的脱脂和烧结工艺，从而显著减少生产时间和成本。

报道了该研究的重点是制备用于光聚合3D打印的堇青石-氧化锆复合陶瓷浆料，并研究纳米氧化锆颗粒的添加量对高温烧结后制备的堇青石样品的力学性能的影响。研究还探讨了这类样品的强化机理，特别是增韧机理。

通过结合直接墨水书写和近红外诱导的上转换粒子辅助光聚合，实现了多尺度和大跨度陶瓷的无支撑3D打印。

改善基于DLP的3D打印水凝胶的力学性能提供了一个普遍而有效的策略

潜在的低成本高性能骨修复材料，为骨组织工程和再生医学领域带来新的希望，同时也具备改善环境污染的潜力。

基于双光子聚合的4D打印技术的研究背景、最新进展及未来展望。

采用粘结剂喷射制造Al2O3和掺杂的Al2O3陶瓷芯材，并对其组织性能进行对比研究。