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2016年开门红:3D打印技术五大新进展

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供稿:中国工控网 2016/4/1 12:27:04

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2015年对于整个3D打印产业来讲尤为重要,作为转折年,虽波折不断,但也是硕果累累。作为一项发展势头迅猛的现代科技,3D打印技术更新不但没有因此停止,反而加速前进,在2016年伊始就取得了多项进展。如中科院创造的SLA成型技术破100倍速的奇迹;国内外联合研究微细胞打印技术取得新突破;美国科学家开发新型3D打印工艺或让SLS成为历史等。这些新技术,新突破,昭示着3D打印又将开启一个新纪元!

NO.1 中科院光固化3D打印提升100倍速

最近,中科院福建物构所3D打印工程技术研发中心林文雄课题组在国内首次突破了可连续打印的3D打印快速成型关键技术,并开发出了一款超级快速的连续打印的数字投影(DLP)3D打印机。据了解,该3D打印机的速度达到了创记录的600 mm/h,可以在短短6分钟内,从树脂槽中“拉”出一个高度为60 mm的三维物体,而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺(SLA)来打印则需要约10个小时,速度提高了足足有100倍!

传统的SLA技术采用逐层固化、层层累积的方式来构造三维物体,层与层之间需中断光照射,然后在已固化区域表面重新覆盖或填充精确、均匀的光敏树脂,再进行光照射形成新的固化层,这种方式系统复杂且耗时。2015年3月,美国Carbon3D公司最早提出“连续液面生长技术”(CLIP)。该技术是通过透氧材料特氟龙引入氧气作为固化抑制剂,在树脂底部形成一层薄的液态抑制固化层,形成“固化死区”,避免已固化区域与底部粘连,使固化过程保持连续性,不仅解决了传统SLA成型方式的一些缺陷,而且比传统的3D打印速度快25—100倍,达到500mm/h。

而本次中科院塑造的新型成型技术能够获得最大打印速度超过600 mm/h,比美国Carbon3D公司发布的连续3D打印设备速度快约20%。

NO.2 机器人3D打印玻璃工艺问世

之前我们曾听说过美国MIT在玻璃3D打印成型技术上有所突破,然而他们并不是唯一一家。弗吉尼亚理工大学和罗得岛大学设计学院也在这条研发道路上跨出了重要的一步,他们推出了一个基于机器人的3D打印玻璃程序,并且已经取得了一定的成果。据了解,这项新技术被称为六轴玻璃打印,在2013年由玻璃机器人实验室提出,主要由Stefanie Pender和Nathan King两人协作开发,目的就是找到玻璃材料和前沿制造技术的结合点。

目前,他们研发的这项机器人结合3D打印技术创造玻璃制品虽然展现出来产品还比较粗糙,但这确实是一项意义非凡的创造。通常情况下,3D打印的过程都是靠喷头的移动形成具体的形状,而他们是利用的一个机器人手臂,由于机器人手臂拥有高度的自由度与灵活性,从而弥补了传统架构过于机械化的各种缺陷。这项技术的诞生不仅对于玻璃工艺品制造领域一大促进,更能够促进3D打印技术与机器人加速融合。

NO.3 美科学家开发全新3D打印工艺!

众所周知,目前主流的金属3D打印采用的是激光或者电子束烧结技术,而使用高能量的激光或者电子束扫描金属粉末床,使金属粉末熔化然后粘结在一起冷却成型进而逐层打印。然而,这项技术或许将逐渐被淘汰掉。近日,美国西北大学的一个科研团队开发出了一种全新的金属3D打印方法,可以说完全颠覆了以往的技术,它完全摒弃了激光或者电子束,而是采用了一种特质液体油墨和常见的熔炉分两步进行,第一步的成形方法和常见的FDM非常类似。

这个科研团队发明了一种混合了金属粉末、溶剂和弹性体粘结剂(一种医学领域经常会用到的聚合物)的特殊油墨,这种油墨可以在室温条件下直接用喷嘴挤出瞬间凝固,而其中因为使用了弹性体粘结剂,所以在这一阶段打印出的3D对象可以高度折叠或弯曲成更加复杂的结构,并且可以高达数百层厚而不至于坍塌,然后将已经形成的3D结构放在普通熔炉内进行烧结,金属粉末经过加热则会融化永久的粘结在一起。

传统激光、电子束烧结虽然能形成极强的金属3D结构,但其成本高昂且耗时,而像一种中控的零部件使用这种方法还有一些限制,其次,用激光逐层加热的方法会在不同的区域产生加热和冷却的应力,破坏打印对象的微观结构。而使用这种新方法,在熔炉内进行加热确保了均匀的温度和致密结构烧结,不会产生翘曲和开裂。并且,它可以一次使用多个挤出喷嘴,以更快速度打印出高达数米的3D结构,唯一的限制可能就是熔炉的尺寸了。

NO.4 3D打印人体微器官和干细胞

过去,胚胎干细胞3D打印机只能制造平面排列或简单的堆积,这被称为细胞“石笋”。如今,研究者声称他们首次开发出能够用3D打印技术来装填胚胎干细胞的方法。他们发明了一种胚胎干细胞3D打印机,能够通过逐层构建的方式来装填干细胞,从而形成所需要的立体结构。

这项研究是由北京清华大学(Tsinghua University)的孙伟教授和费城德雷塞尔大学(Drexel University)的机械工程教授合作进行,他们声称可以在可控条件下用3D打印来快速制造胚体,生产一模一样的胚胎干细胞模块,理论上这些模块还可以像乐高积木一样搭建组织甚至微器官。

实验中,研究者同时还用水凝胶打印了小鼠胚胎干细胞,这种材料与软性隐形眼镜的材料属同类。而且,据他们的最新研究显示,90%的细胞能够在打印过程中存活下来,这些细胞会在水凝胶支架中增殖成胚体,还会分泌健康胚胎干细胞才会分泌的蛋白,而且还能将水凝胶再次溶解获得胚体。

他们的下一步工作是研究怎样通过改变打印和结构参数来调整胚体的尺寸,以及怎么通过改变胚体尺寸来制造不同种类的细胞。这样能够促进临近的不同细胞同时生长,为在实验室生长微器官奠定基础。

NO.5  纳米级金属3D打印技术CytoSurge

最近,瑞士联邦工学院在3D打印领域颇为活跃,他们同样也是业绩赫赫:包括通过生物聚合物和软骨细胞打造了一只耳朵和鼻子的生物打印; 通过在三维打印的基础上加上合成物的局部控制的组合物(第四维度)和颗粒方向(第五维度)的材料设计实现的5D打印;以及可制造更高性能触摸屏的3D打印金银纳米墙技术。

专注于纳米打印的CytoSurge公司的创始人DR. MICHAEL GABI 和 DR. PASCAL BEHR正是来自瑞士联邦工学院。他们拥有的核心技术是专利的FluidFM技术,FluidFM技术是一种重塑微管的技术,FluidFM移液器微管有比人类头发的直径还要小500倍的孔径。这种独特的结合了力显微镜和微流控技术的技术提升业界的应用程序到一个更高的水平,并带来真正独特的组合,FluidFM的应用领域包括从单细胞生物到表面分析以及更多,带来最苛刻的纳米操纵任务实验的灵活性。

CytoSurge与瑞士联邦工学院的联合使得FluidFM技术与3D打印几乎深度结合起来,瑞士联邦工学院通过整合FluidFM Probes到打印机上,这项技术不仅仅可以实现例如金、银、铜这些金属的纳米级打印,还可以打印细胞和复合材料。这带来了潜在的颠覆,从手表业,到生物打印,再到微机电以及更多行业。从此迈出了3D打印逐渐走向纳米领域的脚步,即将为世界制造业创造广阔的商业空间。

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新闻来源: 国际金属加工网

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