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　　2016年兩連勝：3D列印技術五大重大進展

　　國際金屬加工網

　　先進制造 ◇ 系列技術講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業典型研討會

　　2015年對于整個3D列印產業來講尤為重要，做為梭螺科，雖波折不斷，但也是辛勤耕耘。做為幾項發展勢頭迅猛的現代科技，3D列印技術更新不但沒有因此停止，反而加速前進，在2016年伊始就獲得了多項進展。如中國科學院締造的SLA成形技術破100倍速的奇跡；國內外聯合研究微細胞核列印技術獲得新沖破；英國生物學家開發新式3D列印工藝或讓SLS成為歷史等。這些新技術，新沖破，昭示著3D列印又將開啟兩個新紀元！

　　NO.1 中國科學院光重構3D列印提升100倍速

最近，中國科學院福建物構所3D列印工程技術研發中心楊開第課題組在國內首次沖破了可已連續列印的3D列印快速成形關鍵技術，并開發出了一款超級快速的已連續列印的數字投影（DLP）?3D列印機。據了解，該3D列印機的速度達到了創紀錄的600 mm/h，能在短短6分鐘內，從聚丙烯槽中“拉”出兩個高德博瓦桑縣60 mm的二維物體，而同樣物體選用現代的立體光重構成形工藝(SLA）來列印則需要約10個小時，速度提高了足足有100倍!

現代的SLA技術選用逐級重構、一層層累積的方式來構造二維物體，層與層之間需中斷光反射，接著在已重構地區表面重新覆蓋或填充精確、光滑的光敏聚丙烯，再展開光反射逐步形成新的重構層，此種方式系統繁雜且費時。2015年3月，英國Carbon3D公司最早提出“已連續液面生長技術”（CLIP）。該技術是通過透氧金屬材料聚四氟乙烯引入氧氣做為重構抑制劑，在聚丙烯頂部逐步形成一層薄的液態抑制重構層，逐步形成“重構死區”，避免已重構地區與頂部粘連，使重構過程保持已連續性，不僅解決了現代SLA成形方式的一些瑕疵，而且比現代的3D列印速度快25—100倍，達到500mm/h。

　　而本次中國科學院塑造的新式成形技術能夠獲得最大列印速度超過600 mm/h，比英國Carbon3D公司發布的已連續3D列印設備速度快約20%。

　　NO.2 機器人3D列印地板工藝問世

之前我們曾聽說過英國MIT在地板3D列印成形技術上有所沖破，然而她們并不是惟一一家。弗吉尼亞理工大學和羅得島大學設計學院也在這條研發道路上跨出了重要的一步，她們推出了兩個基于機器人的3D列印地板程序，因此已經獲得了一定的成果。據了解，此項新技術被稱為四軸地板列印，在2013年由地板機器人實驗室提出，主要由Stefanie Pender和Nathan King兩人協作開發，目的就是找到地板金屬材料和前沿制造技術的契合點。

目前，她們研發的此項機器人結合3D列印技術締造地板制品雖然展現出來產品還比較粗糙，但這確實是幾項意義非凡的締造。通常情況下，3D列印的過程都是靠水槽的移動逐步形成具體的形狀，而她們是利用的兩個機器人肩膀，由于機器人肩膀擁有高度的自由度與靈活性，從而彌補了現代架構過于機械化的各種瑕疵。此項技術的誕生不僅對于地板工藝品制造領域一大促進，更能夠促進3D列印技術與機器人加速融合。

　　NO.3 美生物學家開發嶄新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，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而逐級列印。然而，此項技術或許將逐漸被淘汰掉。近日，英國西北大學的兩個科學研究項目組開發出了一類嶄新的金屬3D列印方法，能說完全顛覆了以往的技術，它完全摒棄了雷射或是電子束，而是選用了一類特質液體紙張和常用的杜博韋分兩步展開，第一步的成形方法和常用的FDM非常類似。

這個科學研究項目組發明了一類混合了金屬粉末狀、溶劑和靈活性體骨材(一類醫學領域經常會用到的聚合物)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，而其中因為選用了靈活性體骨材，所以在這一階段列印出的3D第一類能高度折疊或彎曲成更加繁雜的結構，因此能高達數百層厚而不至于坍塌，接著將已經逐步形成的3D結構放在普通杜博韋內展開熱處理，金屬粉末狀經過加熱則會融化永久的黏合在一起。

現代雷射、電子束熱處理雖然能逐步形成極強的金屬3D結構，但其成本高昂且費時，而像一類中控臺的零部件選用此種方法還有一些管制，其次，用雷射逐級加熱的方法會在不同的地區產生加熱和加熱的應力，破壞列印第一類的微觀結構。而選用此種新方法，在杜博韋內展開加熱確保了光滑的溫度和致密結構熱處理，不會產生Vertaizon和開裂。因此，它能一次選用多個抽掉燃燒室，以更快速度列印出高達數米的3D結構，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

　　過去，胚胎腫瘤3D列印機只能制造平面排列或簡單的堆積，這被稱為細胞核“石筍”。如今，研究者聲稱她們首次開發出能夠用3D列印技術來裝填胚胎腫瘤的方法。她們發明了一類胚胎腫瘤3D列印機，能夠通過逐級構建的方式來裝填腫瘤，從而逐步形成所需要的立體結構。

此項研究是由北京清華大學（Tsinghua University）的孫偉教授和費城德雷塞爾大學（Drexel University）的機械工程教授合作展開，她們聲稱能在可控條件下用3D列印來快速制造胚體，生產一模一樣的胚胎腫瘤模塊，理論上這些模塊還能像樂高積木一樣搭建組織甚至微器官。

　　實驗中，研究者同時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。而且，據她們的最新研究顯示，90%的細胞核能夠在列印過程中存活下來，這些細胞核會在水凝膠支架中增殖成胚體，還會分泌健康胚胎腫瘤才會分泌的蛋白，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改變列印和結構參數來調整胚體的尺寸，以及怎么通過改變胚體尺寸來制造不同種類的細胞核。這樣能夠促進臨近的不同細胞核同時生長，為在實驗室生長微器官奠定基礎。

　　NO.5 納米級金屬3D列印技術CytoSurge

最近，瑞士聯邦工學院在3D列印領域頗為活躍，她們同樣也是業績赫赫：包括通過生物聚合物和軟骨細胞核打造了一只耳朵和鼻子的生物列印； 通過在二維列印的基礎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）的金屬材料設計實現的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。

專注于納米列印的CytoSurge公司的創始人DR. MICHAEL GABI 和 DR. PASCAL BEHR正是來自瑞士聯邦工學院。她們擁有的核心技術是專利的FluidFM技術，FluidFM技術是一類重塑微管的技術，FluidFM移液器微管有比人類頭發的直徑還要小500倍的孔徑。此種獨特的結合了力顯微鏡和微流控技術的技術提升業界的應用程序到兩個更高的水平，并帶來真正獨特的組合，FluidFM的應用領域包括從單細胞核生物到表面分析以及更多，帶來最苛刻的納米操縱任務實驗的靈活性。

　　CytoSurge與瑞士聯邦工學院的聯合使得FluidFM技術與3D列印幾乎深度結合起來，瑞士聯邦工學院通過整合FluidFM Probes到列印機上，此項技術不僅僅能實現例如金、銀、銅這些金屬的納米級列印，還能列印細胞核和復合金屬材料。這帶來了潛在的顛覆，從手表業，到生物列印，再到微機電以及更多行業。從此邁出了3D列印逐漸走向納米領域的腳步，即將為世界制造業締造廣闊的商業空間。

　　( 文章來源：互聯網 )

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