尽管3D打印技术已广泛应用于医疗、航空、汽车、微流控和生物制造等领域，但其基本流程40多年来几乎没有本质变化：用户通过计算机辅助设计（CAD）软件设计模型，然后将其转译到打印机上，并逐层或使用体积法进行制造。对嵌入式传感器和反馈回路的进一步研究旨在提高自动化水平，并在实现印刷品的在线质量控制方面取得了长足的进步。然而，3D打印机仍然主要是被动执行命令的工具，同时对打印过程发生的环境的组成和性质一无所知。此外在生物打印领域，活细胞和人体组织的功能与其结构及组件（如粒子、纤维、活细胞）的相对位置密切相关，但传统技术无法精确控制这些组件在打印物体内的分布模式，难以复现生物组织（如血管网络）的复杂结构和功能。因此，亟需一种具备“感知-响应”能力的智能打印系统。
二、【创新成果】
基于此，荷兰乌得勒支大学Riccardo Levato教授团队在Nature上发表了题为“Adaptive and context-aware volumetric printing”的论文，开发了一种名为GRACE（Generative, Adaptive, Context-Aware 3D Printing）的新型三维打印方法，这是一种结合3D成像、计算机视觉和参数化建模的新方法，实现了对打印环境中嵌入特征的自动识别与响应，从而生成高度定制化、功能化的三维结构。GRACE能够快速自动地生成复杂的结构，能够直接符合从细胞到宏观尺度的特征，只需最少的用户干预。在这里，研究人员展示了它在从合成物体到生物制造的应用中的多功能性，包括围绕充满细胞的生物墨水的自适应血管状几何形状，从而提高了功能。GRACE还可以实现连续打印的精确对齐，以及通过阴影校正检测和覆盖不透明表面。GRACE与各种打印方式兼容，在自动化套印和使打印设计适应可打印材料内容方面超越了传统的增材制造限制，这为组织工程和再生医学开辟了新的可能性。
三、【图文解析】
图1 GRACE打印实验装置示意图 © 2025 Springer Nature
图2 GRACE允许打印具有复杂几何形状的自适应和特征驱动的打印 © 2025 Springer Nature
图3 遮挡结构的光片映射和阴影校正 © 2025 Springer Nature
图4 GRACE生物打印 © 2025 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究开发了一种生成式、自适应、环境感知3D打印技术—GRACE，其整合3D成像、计算机视觉和参数化建模，开创了一种从“预设模型-被动打印”到“环境感知-自适应打印”的范式转变。GRACE不仅突破了传统打印流程的限制，更为生物制造、组织工程、多材料打印等领域提供了强大的技术平台。未来，随着成像速度、分辨率、AI建模能力的进一步提升，GRACE有望实现更大尺度、更高精度、更复杂功能的多尺度组织构建，推动再生医学和智能制造迈向新高度。
原文详情：Adaptive and context-aware volumetric printing (Nature 2025, 645, 108-114)
本文由大兵哥供稿。
