科技前沿|2016年全球（qiú）3D打印十大創新技術一覽

 

 

　2017年想必（bì）將會是3D打印發展關鍵（jiàn）年，而回顧2016年，各國技術突破方麵又有什麽樣的進（jìn）展來迎接2017年的市場機（jī）遇呢？

　　在此，特選出3D打印領域2016年國（guó）內外的創新技術進行回（huí）顧盤點，也希（xī）望在2017年，有更多的科（kē）研力量投入到3D打印領域的（de）創新中（zhōng），取得更多更大的科技進展。

3D打印（yìn）國際十大（dà）創新

1.瑞（ruì）士科學家3D打印金銀納米牆可製造更（gèng）高（gāo）性能觸摸（mō）屏（píng）

      觸摸屏是我們的生活中不可缺少的一（yī）種產品，而（ér）觸摸屏技（jì）術是依靠噴塗在設備表（biǎo）麵的微型導電電極實現的。這種肉眼（yǎn）幾乎看不到的電極是由導電材料製成的（de）納米牆組成（chéng）的（de），而目前最常用的（de）材料是氧化銦錫。它的透（tòu）明度很高，但導電性較差。

 

 

       蘇黎（lí）世聯邦理工大學(ETH)采用“納米液滴”3D打印（yìn）來進行創新製造，這種方法能夠以金、銀納米（mǐ）顆（kē）粒為原料3D打印出超（chāo）薄的“納（nà）米牆”，從（cóng）而製造出從未有過的透明導（dǎo）電電極，最終創造（zào）出畫麵質量更好、響應（yīng）更精（jīng）準的（de）觸摸屏。

 

      目前，研究者們已經利用該技術成功3D打印出了厚度在80-500納米之間的超薄電極層。

2.從樹脂到陶瓷，加州高溫陶瓷（cí）3D打印技術

       位於加利福尼亞（yà）州Malibu的HRL 實驗室發明了可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方，由矽、氮和氧組成，在一台3D打印機內（nèi）用一束紫外線照射這種樹脂，會使其變硬，生成致密的陶瓷部件。

 

 

       這是一個驚人的突破，因為它使（shǐ）能（néng）夠產生任意（yì）多邊形陶瓷部件，強大且（qiě）無溫度彈性（xìng），陶瓷表（biǎo）麵無任何加工，不需（xū）鑄（zhù）造或嵌塞，這種密度泡沫陶（táo）瓷可以在推進零部件（jiàn）、熱（rè）防護係統、多孔燃燒器、微機電係統和電子設備獲得應用。

3.麻省理工製作激光雷（léi）達芯片 3D掃描曆史將徹底改寫

       當前市場上大多數激光雷達係統（包括自動駕駛汽車（chē）上所安裝的雷達（dá）係統）使（shǐ）用的是離散自由空間光學元件（jiàn），包括激光器、鏡頭和（hé）外部接收器。在這些硬件組合中，激光在震蕩的同（tóng）時旋轉，這使（shǐ）得（dé）其掃（sǎo）描範圍和複雜（zá）程度受到限製。並且成（chéng）本從1000美元（yuán）到70000美元不等。

 

       來自麻省理工學院的研究（jiū）人員正在300毫米的晶圓上生產（chǎn）激光雷達芯片，且其成本不到（dào）10美元。最重要的是，在這個設備中的非機械光（guāng）束轉向比目前所實現的機械激光雷達（dá）係統的速度快1000倍（bèi）。

4.麻省理工（gōng）博士（shì）3D打印Cilllia毛發，將對智能設計產生巨大影響

       這次麻省理工發明的是像神經一樣敏感的Cilllia毛（máo）發設計平台，靈感來自於自然界動物以及人類的毛發。

 

 

       Cilllia毛發是通過光敏樹（shù）脂（zhī）固化的技術打（dǎ）印（yìn）出來的，通過將（jiāng）3D打印的精度控（kòng）製到極其細微的程（chéng）度，將這些毛發獲得微觀結構的“可編程”，這（zhè）樣毛發（fā）就展現了像具有神經一樣的對壓力（lì）和對聲音的敏感度，並伴隨著外界的刺（cì）激發生彎曲改變。

5.像“生長”出來的3D打印軍用無人機

       英國的格拉斯哥大學及防（fáng）務公司BAE Systems的研發團隊共同（tóng）研發合作的3D打印軍用（yòng）無人（rén）機Chemputer計劃，這款3D打印機（jī）可以在短短幾（jǐ）天之內從無到有“生長”出高度先進（jìn）的定製化無人（rén）機。

 

 

       其實這（zhè）是一款能夠在分子水平上進行構建的（de）3D打印機，能夠“生長”出從機翼到電子係統在內（nèi）的所有部件。Chemputer打印無人機的設想是功能性強，飛（fēi）行速度快，超高高度以及快速反應，目的是（shì）要克服（fú）今（jīn）天的軍事環境的生產限（xiàn）製（zhì）。

6.3D打印製備離子交換膜的技術

       美國（guó）賓西法利亞州立大學的（de）研究人員利（lì）用光固化和三維打印技術來製備微紋理的陰離子交換膜，此技術可以靈活而快速的在離子交換膜表麵打印各種3D圖案，以提（tí）高性能。

 

       這種3D打印技（jì）術與當（dāng）前常見的SLA（光固化）3D打印技術類似，打印材料是可光固化的離子聚合（hé）物混合物，當該混合物暴露在一台光投影儀之下的時候，3D打印機將設計好的圖案投射（shè）並選擇（zé）性（xìng）地固化在其（qí）表麵上。表麵圖案能夠增加膜的電（diàn）導率（lǜ）多達1—3個數量級（factor）。

7. 迪士尼近（jìn）瞬時樹脂打（dǎ）印技術

       迪（dí）士尼申請了名為‘Near Instantaneous Object Printing Using a Photo-Curing Liquid’(液體光敏樹脂的近瞬時打印技術)。

 

 

       迪士尼的3D打印技術繞過層層掃描固化的生產方法，而是通過一個或更多的光源將三維模型“注入（rù）”液態樹脂內。幾（jǐ）乎在瞬（shùn）時間，三（sān）維模（mó）型就被固化（huà）出來，而以往層層（céng）生產這樣的產品需要幾個小時，現在變（biàn）為（wéi）幾分（fèn）鍾（zhōng）。

8. 用於非常複雜部件打印的德國Fraunhofer多材料打印（yìn）技術

       德國Fraunhofer研（yán）究所和IKTS 係統研究所研發（fā）了一項3D打（dǎ）印新技術，不（bú）僅可以（yǐ）打印骨科植入物（wù）、假牙、手術工具（jù）等醫療產品，還可以打（dǎ）印微反（fǎn）應器這樣非常複雜、微小部件。

 

 

       Fraunhofer研究所研發（fā）的這項3D打印技術可打印的材料是陶瓷或金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉（fěn）末被混合在一種低熔點的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑（jì）在80攝氏度時就會融化（huà）成為液體。在打印過程中，打印機的電性溫度熔化了粘合劑，並混合著陶瓷或（huò）金屬粉末材料以液滴的形式被沉積（jī）下來。沉積後液滴迅速冷卻變硬，三維（wéi）對象就這樣被點對點逐漸打印出來。

9.波音懸浮式3D打印技術

       波音公（gōng）司開發（fā）出（chū）一種懸浮式（shì）3D打印技術，在（zài）沒有任何實體打印平台的（de）情況下，實現360度無死角操作，並成（chéng）功（gōng）獲批專利。

 

 

       該技術（shù）的優勢在於：完（wán）全突（tū）破對形狀（zhuàng）的限製，實現更加複雜零部件的整體3D打印。而且（qiě），該技（jì）術采用多個3D打印機同（tóng）時在不同方（fāng）向一起工作，可打印（yìn）出各種功能產品（pǐn），並（bìng）顯（xiǎn）著提高打印速度。打印出的材料具有抗磁性，經過超級冷卻之（zhī）後能變成超導體。

10.哈佛大學3D打印帶血管的人工組織

       哈（hā）佛大學獲得最新的突破，可以打印出維持生物學功能的並可以存活超過六個星期的（de）組織。

 

 

       研（yán）究人員將包含（hán）細胞外基質的墨水填充進模具。最終培養出內部（bù）充滿毛細血管的人工組織。研（yán）究人員通過矽膠模具兩端的出入（rù）口向該（gāi）組織（zhī）輸入營（yíng）養物質（zhì），以保證細（xì）胞存活。人（rén）工血管將通過將細胞生長因子運（yùn）送至整個人工組織，促進（jìn）幹細胞的定向分化，從而（ér）形（xíng）成更厚的組織。

國內3D打印創新技術

西安交通大學

西安交通大學-結構電子產品三維空間的任意排布

       結構電子是指電路與電子元件按照（zhào）一定的三維（wéi）空間布局，附著或鑲嵌（qiàn）於基體結構上，形（xíng）成的三維電氣結構。由於電氣部分具（jù）有三維空間布局，電子產品的空間利用率（lǜ）得到提升，體積得到減小。

 

       西安交通大學通過一種（zhǒng）導線與基體同步打（dǎ）印的3D打印技術實現了結構電子產品三維空間的任意排布，所使用的導線打印材料可以有三種不同形態，包（bāo）括銅錫合金、銀錫合金（jīn）、錫鉛合金這樣（yàng）的（de）低熔點金屬絲，納米銀離子凝膠（jiāo）溶液、導電高分子水凝膠的導（dǎo）電墨水，以及（jí）鋁粉、銅粉等金屬粉末。基體的3D打印材料則為（wéi）ABS、PLA、PEEK絕緣性高分子絲材。

西安交通大學-采用（yòng）多束激光輔助控溫3D打印定向晶零（líng）件

       在金屬打印（yìn）時，由於（yú）存（cún）在較大的溫度梯度，金（jīn）屬難以持續穩定地生長（zhǎng），難以獲得（dé）品相（xiàng）良好的柱晶或（huò）單晶組織（zhī），因而得到的零部件的性能和特性受到極大的影響。

 

       西安交通大學克服現有技術中存在的問題，提供一種采用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件的裝置及方法，通過增加輔助控（kòng）溫光（guāng）源，利於零件的金屬（shǔ）晶體定向生長，能夠得到連續的柱晶或單晶組織。

南京航空航天大學

南京航空航天大學-鋁基納米複合材料

       為了解決現（xiàn）有的鋁基複合材（cái）料在成形加工過程存在（zài）的幾個問（wèn）題，南京航空航天大學提供（gòng）一種基於SLM成形的鋁基納米複合材料。

 

       此材料（liào）可以有效的（de）解決鋁基納米複合材料在（zài）激光增材過程中工藝性能與力學性能不匹配、增強顆粒分布不均勻以及陶瓷（cí）相與基材相之間潤濕性較差的問（wèn）題，使得（dé）所獲得的產品具備良好的界麵結合以及（jí）優異的力學性能。

南京航空航天大（dà）學-3D打印技術製造馬氏（shì）體模具（jù）鋼

       目前，國產模具鋼還不能全部滿足國內模（mó）具行業的需求，每年約有25%的模具需從國外進口（kǒu）。

 

      為解決（jué）現有製模技（jì）術中的工序（xù）複雜、成本高以及（jí）報（bào）廢率大等問題。南京（jīng）航空航天大學通（tōng）過調整激光加工（gōng）過程工藝參數，改善成形模具晶粒粗大問題，從（cóng）而改善（shàn）其機械性能。利用Mn、Ni、Cr等（děng）合金元素穩（wěn）定過冷奧氏體（tǐ），在激光加工極（jí）大（dà）的冷（lěng）卻速度下得到（dào）組織均勻的（de）馬氏體（tǐ），從而省去了後續（xù）的（de）“淬火”過程，激光（guāng）加工完畢後，成（chéng）形模具被傳（chuán）送裝置送入真空熱處理室（shì）完成回火（huǒ）過程以釋放其內應力，從而得到具有均勻、細小的回火馬氏體組織的成形（xíng）模具。

浙江大（dà）學

浙江大學-基於三（sān）維打印的無泵驅動微流控芯（xīn）片

      微（wēi）流（liú）控芯片（piàn）又被稱為芯（xīn）片實驗（yàn）室，是一種在微米尺度上對流體進行操控的技術。該技術將化學和生物實驗室的基本功能微縮到了一個隻有幾平方厘米大小的芯片之上。

 

      浙江大學（xué）利用FDM三維打印技術（shù）製作基底（dǐ），采用鋪粉的方式，來製得微流控芯片。這項技術可以應用（yòng）在各種（zhǒng）臨床檢測，具有可重複利用、無泵驅動、流動（dòng）速度可調、流道（dào）分（fèn）辨率高、成（chéng）本低等優點（diǎn），並且加工過程簡（jiǎn）便快捷，生產效率高，易於工（gōng）業化（huà）大規模生（shēng）產。

華中科技大學

華中科（kē）技大學-具有（yǒu）鍛件性能的金屬零件（jiàn）3D打印（yìn）

       華中科技大學（xué）數字裝備與技術國家重點實驗室張（zhāng）海鷗教授主導研發的金屬3D打（dǎ）印新技術“智能（néng）微鑄鍛”，不僅能打印薄壁金屬零件，而且能（néng）打印出大壁厚差（chà）的金屬（shǔ）零件，省去了傳統鍛壓機的成本，通過計算機（jī）直接控製成形路徑，降低（dī）了設備（bèi）投（tóu）資和原材料成本。

 

      目前，由“智能微鑄（zhù）鍛”打印出的高性能金（jīn）屬鍛件，已達到2.2米長約260公斤。現有設備已打印飛機（jī）用鈦合金、海洋（yáng）深潛器、核電用鋼等八種（zhǒng）金屬材料，有望改變國際上由西（xī）方國家領導的金屬絲3D打印格局。

藍光英諾

藍光英諾-3D生物打印（yìn）技術促進人工血管內皮化

       藍光英諾向全球發布了由其團隊承擔的3D生物打印促進人工血管內皮化的（de）研發項目（mù）取得的重大突破：

       全球首創依托幹細胞生物墨汁技術構建的3D生物打印血管成功植入恒河猴體內，實現血管（guǎn）再生。這標誌著在世界範圍內3D生物打印技術在臨床應用（yòng）的開啟，同時將引領幹細胞製造組織、修複器官的再生醫學新時（shí）代。

 

廣州邁普（pǔ）再生醫學

廣州邁普再生醫學-具有（yǒu）4D效應的脊柱側凸內（nèi）固定矯正裝置

       脊柱側彎疾病有個特點，每個病人的脊柱（zhù）變形都不盡相同，側凸角（jiǎo）度、旋轉角度、脊椎骨形態（tài）、側凸位置及對周邊影響、脊柱旁軟組（zǔ）織結（jié）構都不盡相同，臨床醫（yī）生有個性化器械的需求。

 

       4D效應就是（shì）3D打印材料自動變成為預設的模型，廣州邁普再生（shēng）醫學通過3D打印激光燒結打印（yìn）技術製備鎳鈦基記憶合金材料骨架，在得到的鎳鈦基記憶合金材料骨架上沉積熱塑性材料從而製備熱塑性材料外殼或者單獨製備熱（rè）塑性材料外殼再將鎳鈦基記憶合金材料骨架與熱塑（sù）性材料外殼組合，其（qí）中（zhōng）所述鎳鈦基記憶（yì）合金材料骨架（jià）的（de）定位（wèi）孔與所述熱塑性材料外殼（ké）的定位銷進行配合，從而得到功能單元。

鉑力特

鉑力（lì）特的光柵-鎢

       眾所（suǒ）周知，稀有金屬是國家的重要戰略資（zī）源，而鎢材料是典型的稀有金屬（shǔ），具有極為重要的用途。但 鎢材料的硬度高，脆性大，導電性差，機加工困難，采（cǎi）用傳統的減材製造工藝難以成形（xíng）形狀複雜的零件（jiàn）。

 

       鉑力特經過多次研究試驗，研製出專門針對難熔金屬和高導熱高反射金屬的專用3D打印裝備BLT-S300T，有效地解（jiě）決了以上問題，打印出了鎢合金（jīn）零件，並且工藝參數（shù）穩定，成形良好。該零（líng）件整體采用薄壁結構，最小壁厚僅0.1mm。

鉑力特的複雜流道的尾噴管-銅

       銅材（cái）料在航空航天、電子產品應用領域具有重大價值，銅但材料屬於高（gāo）導熱、高反射（shè）金屬，在激光熔化（SLM）過（guò）程吸收（shōu）率低，因此成形（xíng）效率低、冶金質量難控製。

鉑力特通過大量的試驗，研製出專門針對難熔金（jīn）屬和高導熱、高反射金屬的專用3D打印設備BLT-S300T，成功製（zhì）備出銅材料零件——銅合金尾噴管。

 

       該零件的內外壁之間設計了50條隨形冷卻流道，增大冷卻接觸表麵積（jī），降低溫度達到快速冷卻的效果，有效提高了零件的工作溫度。該（gāi）零件是國內首（shǒu）件大尺寸選區激光熔化銅合金尾噴管，突（tū）破了銅材料的（de）激光成形技術，實現（xiàn）了複雜流道的銅材料製造（zào）工藝（yì）。