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　　2016年兩連勝：3D列印技術(shù)五大重大進(jìn)展

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

　　2015年對(duì)于整個(gè)3D列印產(chǎn)業(yè)來(lái)講尤為重要，做為梭螺科，雖波折不斷，但也是辛勤耕耘。做為幾項(xiàng)發(fā)展勢(shì)頭迅猛的現(xiàn)代科技，3D列印技術(shù)更新不但沒(méi)有因此停止，反而加速前進(jìn)，在2016年伊始就獲得了多項(xiàng)進(jìn)展。如中國(guó)科學(xué)院締造的SLA成形技術(shù)破100倍速的奇跡；國(guó)內(nèi)外聯(lián)合研究微細(xì)胞核列印技術(shù)獲得新沖破；英國(guó)生物學(xué)家開(kāi)發(fā)新式3D列印工藝或讓SLS成為歷史等。這些新技術(shù)，新沖破，昭示著3D列印又將開(kāi)啟兩個(gè)新紀(jì)元！

　　NO.1 中國(guó)科學(xué)院光重構(gòu)3D列印提升100倍速

最近，中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所3D列印工程技術(shù)研發(fā)中心楊開(kāi)第課題組在國(guó)內(nèi)首次沖破了可已連續(xù)列印的3D列印快速成形關(guān)鍵技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出了一款超級(jí)快速的已連續(xù)列印的數(shù)字投影（DLP）?3D列印機(jī)。據(jù)了解，該3D列印機(jī)的速度達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的600 mm/h，能在短短6分鐘內(nèi)，從聚丙烯槽中“拉”出兩個(gè)高德博瓦桑縣60 mm的二維物體，而同樣物體選用現(xiàn)代的立體光重構(gòu)成形工藝(SLA）來(lái)列印則需要約10個(gè)小時(shí)，速度提高了足足有100倍!

現(xiàn)代的SLA技術(shù)選用逐級(jí)重構(gòu)、一層層累積的方式來(lái)構(gòu)造二維物體，層與層之間需中斷光反射，接著在已重構(gòu)地區(qū)表面重新覆蓋或填充精確、光滑的光敏聚丙烯，再展開(kāi)光反射逐步形成新的重構(gòu)層，此種方式系統(tǒng)繁雜且費(fèi)時(shí)。2015年3月，英國(guó)Carbon3D公司最早提出“已連續(xù)液面生長(zhǎng)技術(shù)”（CLIP）。該技術(shù)是通過(guò)透氧金屬材料聚四氟乙烯引入氧氣做為重構(gòu)抑制劑，在聚丙烯頂部逐步形成一層薄的液態(tài)抑制重構(gòu)層，逐步形成“重構(gòu)死區(qū)”，避免已重構(gòu)地區(qū)與頂部粘連，使重構(gòu)過(guò)程保持已連續(xù)性，不僅解決了現(xiàn)代SLA成形方式的一些瑕疵，而且比現(xiàn)代的3D列印速度快25—100倍，達(dá)到500mm/h。

　　而本次中國(guó)科學(xué)院塑造的新式成形技術(shù)能夠獲得最大列印速度超過(guò)600 mm/h，比英國(guó)Carbon3D公司發(fā)布的已連續(xù)3D列印設(shè)備速度快約20%。

　　NO.2 機(jī)器人3D列印地板工藝問(wèn)世

之前我們?cè)?tīng)說(shuō)過(guò)英國(guó)MIT在地板3D列印成形技術(shù)上有所沖破，然而她們并不是惟一一家。弗吉尼亞理工大學(xué)和羅得島大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院也在這條研發(fā)道路上跨出了重要的一步，她們推出了兩個(gè)基于機(jī)器人的3D列印地板程序，因此已經(jīng)獲得了一定的成果。據(jù)了解，此項(xiàng)新技術(shù)被稱(chēng)為四軸地板列印，在2013年由地板機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室提出，主要由Stefanie Pender和Nathan King兩人協(xié)作開(kāi)發(fā)，目的就是找到地板金屬材料和前沿制造技術(shù)的契合點(diǎn)。

目前，她們研發(fā)的此項(xiàng)機(jī)器人結(jié)合3D列印技術(shù)締造地板制品雖然展現(xiàn)出來(lái)產(chǎn)品還比較粗糙，但這確實(shí)是幾項(xiàng)意義非凡的締造。通常情況下，3D列印的過(guò)程都是靠水槽的移動(dòng)逐步形成具體的形狀，而她們是利用的兩個(gè)機(jī)器人肩膀，由于機(jī)器人肩膀擁有高度的自由度與靈活性，從而彌補(bǔ)了現(xiàn)代架構(gòu)過(guò)于機(jī)械化的各種瑕疵。此項(xiàng)技術(shù)的誕生不僅對(duì)于地板工藝品制造領(lǐng)域一大促進(jìn)，更能夠促進(jìn)3D列印技術(shù)與機(jī)器人加速融合。

　　NO.3 美生物學(xué)家開(kāi)發(fā)嶄新3D列印工藝！

　　眾所周知，目前主流的金屬3D列印選用的是雷射或是電子束熱處理技術(shù)，而選用高能量的雷射或是電子束掃描金屬粉末狀床，使金屬粉末狀熔化接著黏合在一起加熱成形進(jìn)而逐級(jí)列印。然而，此項(xiàng)技術(shù)或許將逐漸被淘汰掉。近日，英國(guó)西北大學(xué)的兩個(gè)科學(xué)研究項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)出了一類(lèi)嶄新的金屬3D列印方法，能說(shuō)完全顛覆了以往的技術(shù)，它完全摒棄了雷射或是電子束，而是選用了一類(lèi)特質(zhì)液體紙張和常用的杜博韋分兩步展開(kāi)，第一步的成形方法和常用的FDM非常類(lèi)似。

這個(gè)科學(xué)研究項(xiàng)目組發(fā)明了一類(lèi)混合了金屬粉末狀、溶劑和靈活性體骨材(一類(lèi)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)用到的聚合物)的特殊紙張，此種紙張能在室溫條件下直接用燃燒室抽掉瞬間凝固，而其中因?yàn)檫x用了靈活性體骨材，所以在這一階段列印出的3D第一類(lèi)能高度折疊或彎曲成更加繁雜的結(jié)構(gòu)，因此能高達(dá)數(shù)百層厚而不至于坍塌，接著將已經(jīng)逐步形成的3D結(jié)構(gòu)放在普通杜博韋內(nèi)展開(kāi)熱處理，金屬粉末狀經(jīng)過(guò)加熱則會(huì)融化永久的黏合在一起。

現(xiàn)代雷射、電子束熱處理雖然能逐步形成極強(qiáng)的金屬3D結(jié)構(gòu)，但其成本高昂且費(fèi)時(shí)，而像一類(lèi)中控臺(tái)的零部件選用此種方法還有一些管制，其次，用雷射逐級(jí)加熱的方法會(huì)在不同的地區(qū)產(chǎn)生加熱和加熱的應(yīng)力，破壞列印第一類(lèi)的微觀結(jié)構(gòu)。而選用此種新方法，在杜博韋內(nèi)展開(kāi)加熱確保了光滑的溫度和致密結(jié)構(gòu)熱處理，不會(huì)產(chǎn)生Vertaizon和開(kāi)裂。因此，它能一次選用多個(gè)抽掉燃燒室，以更快速度列印出高達(dá)數(shù)米的3D結(jié)構(gòu)，惟一的管制可能就是杜博韋的尺寸了。

　　NO.4 3D列印人體微器官和腫瘤

　　過(guò)去，胚胎腫瘤3D列印機(jī)只能制造平面排列或簡(jiǎn)單的堆積，這被稱(chēng)為細(xì)胞核“石筍”。如今，研究者聲稱(chēng)她們首次開(kāi)發(fā)出能夠用3D列印技術(shù)來(lái)裝填胚胎腫瘤的方法。她們發(fā)明了一類(lèi)胚胎腫瘤3D列印機(jī)，能夠通過(guò)逐級(jí)構(gòu)建的方式來(lái)裝填腫瘤，從而逐步形成所需要的立體結(jié)構(gòu)。

此項(xiàng)研究是由北京清華大學(xué)（Tsinghua University）的孫偉教授和費(fèi)城德雷塞爾大學(xué)（Drexel University）的機(jī)械工程教授合作展開(kāi)，她們聲稱(chēng)能在可控條件下用3D列印來(lái)快速制造胚體，生產(chǎn)一模一樣的胚胎腫瘤模塊，理論上這些模塊還能像樂(lè)高積木一樣搭建組織甚至微器官。

　　實(shí)驗(yàn)中，研究者同時(shí)還用水凝膠列印了小鼠胚胎腫瘤，此種金屬材料與軟性隱形眼鏡的金屬材料屬同類(lèi)。而且，據(jù)她們的最新研究顯示，90%的細(xì)胞核能夠在列印過(guò)程中存活下來(lái)，這些細(xì)胞核會(huì)在水凝膠支架中增殖成胚體，還會(huì)分泌健康胚胎腫瘤才會(huì)分泌的蛋白，而且還能將水凝膠再次溶解獲得胚體。

　　她們的下一步工作是研究怎樣通過(guò)改變列印和結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)調(diào)整胚體的尺寸，以及怎么通過(guò)改變胚體尺寸來(lái)制造不同種類(lèi)的細(xì)胞核。這樣能夠促進(jìn)臨近的不同細(xì)胞核同時(shí)生長(zhǎng)，為在實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)微器官奠定基礎(chǔ)。

　　NO.5 納米級(jí)金屬3D列印技術(shù)CytoSurge

最近，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院在3D列印領(lǐng)域頗為活躍，她們同樣也是業(yè)績(jī)赫赫：包括通過(guò)生物聚合物和軟骨細(xì)胞核打造了一只耳朵和鼻子的生物列印； 通過(guò)在二維列印的基礎(chǔ)上加上合成物的局部控制的組合物（第四維度）和顆粒方向（第五維度）的金屬材料設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的5D列印；以及可制造更高性能觸摸屏的3D列印金銀納米墻技術(shù)。

專(zhuān)注于納米列印的CytoSurge公司的創(chuàng)始人DR. MICHAEL GABI 和 DR. PASCAL BEHR正是來(lái)自瑞士聯(lián)邦工學(xué)院。她們擁有的核心技術(shù)是專(zhuān)利的FluidFM技術(shù)，F(xiàn)luidFM技術(shù)是一類(lèi)重塑微管的技術(shù)，F(xiàn)luidFM移液器微管有比人類(lèi)頭發(fā)的直徑還要小500倍的孔徑。此種獨(dú)特的結(jié)合了力顯微鏡和微流控技術(shù)的技術(shù)提升業(yè)界的應(yīng)用程序到兩個(gè)更高的水平，并帶來(lái)真正獨(dú)特的組合，F(xiàn)luidFM的應(yīng)用領(lǐng)域包括從單細(xì)胞核生物到表面分析以及更多，帶來(lái)最苛刻的納米操縱任務(wù)實(shí)驗(yàn)的靈活性。

　　CytoSurge與瑞士聯(lián)邦工學(xué)院的聯(lián)合使得FluidFM技術(shù)與3D列印幾乎深度結(jié)合起來(lái)，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院通過(guò)整合FluidFM Probes到列印機(jī)上，此項(xiàng)技術(shù)不僅僅能實(shí)現(xiàn)例如金、銀、銅這些金屬的納米級(jí)列印，還能列印細(xì)胞核和復(fù)合金屬材料。這帶來(lái)了潛在的顛覆，從手表業(yè)，到生物列印，再到微機(jī)電以及更多行業(yè)。從此邁出了3D列印逐漸走向納米領(lǐng)域的腳步，即將為世界制造業(yè)締造廣闊的商業(yè)空間。

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