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三维打印自上世纪80年代被提出开始，受到了研究者们的广泛关注。截止目前，有关于3d printing的SCI论文数已高达10000篇。但其中影响因子大于20的篇数仅为100多篇。从以下3d printing在各影响因子发表数量的统计图表中，可发现，三维打印相关研究发表最多的杂志是影响因子5分以下杂志，占比高达70%左右。此外，影响因子5到10分的论文数量占总数量的20%左右，而影响因子大于20的论文数量占比仅为百分之二左右。当然，要说明的是，在生物材料领域中顶级期刊Biomaterials和Acta Biomaterialia,影响因子也不过8分和6分多。但这些杂志上发表的论文质量已经处于相当高的水准了！ 因此，姑且以影响因子5分为分界线，在三维打印的相关研究中有约四分之一的研究在重要性和创新性上均是处于较高水准的。
其中三维打印涉及的领域主要集中在生物医学领域中的应用，如三维打印骨组织工程支架，三维打印软骨组织，以及三维打印器官等。此外，三维打印虽然在航空航天和汽车制造等领域虽然也有广泛的应用，但相关的研究论文却并不常见。近年来，三维打印打印超级电容器，三维打印石墨烯等新材料也受到了越来越广泛的重视。将三维打印应用于能源领域已成为当下热门的研究课题。
过去十年是三维打印早期及最火的年代。随着研究者们越来越多，并且可供打印的材料也早已被研究得很彻底。近年来，三维打印似乎也陷入了瓶颈。但依然有些大佬们用极具创新的材料或实验在顶级期刊上发表着他们的研究成果。让我们来看看几个具体实例，看看什么样的三维打印才能发影响因子20以上的杂志。
1.UC伯克利-Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction
Brett E. Kelly等人1月份在Science杂志上发表了利用拓扑重建理论和增材制造技术快速制备思想者模型的文章，瞬间引发科研界的大量关注。该团队研究人员开发了一种计算轴向光刻（CAL）方法，该方法将光固化立体印刷式三维打印技术推向了新的高度，堪称里程碑式的创造。以“思想者”为例，该团队研究人员首先对其进行三维模型的重建，包括2D的傅里叶变换。选择甲基丙烯酸酯明胶水凝胶为打印浆料。利用CAL制造系统把一组二维图像，从不同的角度投射出来，这种多角度的曝光叠加，可以让光敏液体固化成所需要的几何形状。这套系统打印速度快，精度高，能制备各种复杂形状模型，将带来极大的科技应用价值。
Fig. 1 CAL volumetric fabrication
全文链接：
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/30/science.aau7114.full
2.加州大学圣地亚哥分校-Biomimetic 3D-printed scaffolds for spinal cord injury repair
利用三维打印的方式打印组织器官是目前生物打印领域最热门最前沿的研究方向。如何构建复杂的三维微结构，这对于指导细胞生长和促进组织发育至关重要。这其中，由于中枢神经系统结构的复杂性，三维打印中枢神经系统(CNS)结构方面的论文依然罕见。加州大学圣地亚哥分校的Jacob Koffler等人使用微尺度连续投影光刻方法(μCPP)来创建一个复杂的中枢神经系统结构，并探索了其在脊髓再生医学方面的应用。该论文发表在Nature Medicine上，影响因子32.62。μCPP可以利用仿生水凝胶打印脊髓支架，并且可根据人类脊髓病变定制不同大小和几何图形。该课题组研发的脊髓支架装载神经祖细胞(npc)后，能够支持轴突再生，修复脊髓损伤。因此，该三维仿生支架提供了一种通过精准医疗促进中枢神经系统再生的手段。
Fig. 2 The 3D-printed scaffold mimics the spinal cord architecture.
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41591-018-0296-z
3.东华大学-3D Printing of Tunable Energy Storage Devices with Both High Areal and Volumetric Energy Densities
近年来由于人类对能源危机的高度重视，开发具有高面积和高容量的先进超级电容器一直以来是研究的热点。当超级电容器与三维打印两大热门研究方向碰撞到一起，那引起的反响必然是极大的。东华大学Tingting Gao等人采用三维打印技术制备出具有高密度能量的碳复合材料超级电容器，该研究成果发表在Advanced energy materials上，影响因子21.88分。该研究团队选取了碳/碳纳米管/还原氧化石墨烯(AC/CNT/rGO)复合材料作为打印浆料，利用挤出式直接书写打印的方式，制备紧密堆叠、结构整齐的电容器。值得提出的是，当前常温挤出式三维打印技术常采用聚合物作为粘结剂，以赋予浆料良好的适合打印的流变性能。但聚合物的添加会极大地降低电容器的能量储备。为最大限度地开发高容量密度的超级电容器，该团队致力于寻找开发不使用聚合物的打印浆料，显然他们成功了，为高能量密度电化学储能装置提供了崭新的思路。
Figure 3. 3D printing process and rheological properties of inks
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201802578
4.上海硅酸盐研究所-3D-printed scaffolds support cartilage and bone growth
由于软骨的自愈能力较差，这类关节软骨损伤对骨科和运动医学尤其具有挑战性，因此相关方面突破性的研究也是材料学界和医学界关注的重点。影响因子24.54的Materials Today上报道了Chen et al发表在biomaterials上的一篇文章（Chen et al., Biomaterials (2018),https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.04.005）。该文章介绍了中国科学院上海硅酸盐研究所吴老师课题组制备的纯相硅酸锂钙(简称Li2Ca4Si4O13或L2C4S4)材料及其在软骨修复方面的应用前景。该小组设计了一种简单的湿化学溶胶-凝胶法来生产高质量的生物陶瓷L2C4S4粉体，利用三维打印的方式制备形状可控的支架。三维打印的方式使得支架的孔隙度和孔径可以得到高度的控制，研究人员将支架的孔径设置为170微米到400微米不等，所得到的支架强度是其它3d打印生物陶瓷支架的2-3倍，力学性能与天然骨骼相当。支架的强度和稳定性足以为初始骨组织的形成提供良好的支撑，而气孔则为细胞的迁移或运输提供了一条便捷的路径，也为骨的生长提供了足够的空间。L2C4S4支架在体内表现出明显的磷灰石矿化和软骨下骨生长，但一旦完成其工作，便可进行生物降解。双活性生物陶瓷L2C4S4支架为骨软骨缺损的再生提供了一种智能的解决方案。
Figure 4. Abstract picture of article
全文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702118310423?via%3Dihub
5.苏黎世联邦理工学院-Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures
Silvan Gantenbein等人于2018年在Nature上，发表了三维打印多级分层液晶聚合物的研究。飞机、车辆和生物医学植入物等均需要高强度，但又不能太过沉重，因此具有理想力学强度但同时质量轻便的材料一直是各领域争先研究的重点。纤维增强聚合物结构具有很高的刚度和强度，但它需要耗费大量的能源和劳力来制造，而且易发生脆性断裂，难以成形和回收。这与骨骼、丝绸和木材等轻质生物材料形成了鲜明的对比，这些材料通过定向自组装形成复杂的层次化形状，具有优异的机械性能，并能够循环集成到环境中。该研究团队像我们展示了一种三维(3D)打印方法，以生成具有层次结构、复杂几何形状和前所未有的刚度和韧性的可回收轻量级结构。它们的特点是在熔融原料挤压过程中，液晶聚合物分子自组装成高度定向的结构域。通过将分子区域定位在打印路径上，能够根据预期的机械应力来增强聚合物结构，从而使其刚度、强度和韧性在数量级上超过最先进的3d打印聚合物，并可与性能最高的轻质化合物媲美。
Fig. 5: Printing hierarchical, thermotropic LCPs using fused deposition modelling.
全文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0474-7
单纯地以三维打印为创新点打印材料已不再是发论文的通行证。三维打印技术已发展相对成熟，和模具成型、冷冻干燥、静电纺丝等方法一样，三维打印只是一种加工制造的技术。未来的创新点，一是在于技术方面的创新。像上文Science上发表的轴向光刻打印一样，能否改进三维打印成型技术，使其速度更快、精度更高，是一个重要的突破点。另一方面，如何寻找或制备更多能适用于三维打印的材料，依然是研究的重点和热点。
生物医学领域方面，如何设计不同的结构尺寸、三维打印出特定形状的支架，并系统研究支架材料力学与结构力学，解决三维打印支架形状易收缩问题也是不错的研究方向，Science上也着重提出过Shrinking problem in 3d printing。此外，将三维打印制备得到的支架进行更全面系统的体外及体内实验，增加实验的深度，也容易让你的研究发表在顶级期刊上。能源领域，由于能源最近是大热的研究方向，因此将三维打印与新能源材料结合起来，寻求其在储能、储电方面的应用，将具有极大的研究及应用价值。近两年Advanced materials 和Advanced energy materials发表的三维打印相关论文大部分都是针对于能源领域的。
看到科研大佬们的论文，有没有受到启发呢，期待你的文章也出现在top杂志上！
用3D打印房子已经不是事儿，但你敢住吗？
http://www.cailiaoniu.com/112629.html
本文由材料人专栏作者杜老师供稿，材料人编辑部Alisa编辑。
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