2015年對于整個3D打印產(chǎn)業(yè)來講尤為重要，作為轉(zhuǎn)折年，雖波折不斷，但也是碩果累累。作為一項發(fā)展勢頭迅猛的現(xiàn)代科技，3D打印技術(shù)更新不但沒有因此停止，反而加速前進，在2016年伊始就取得了多項進展。
NO.1：日本研發(fā)出可使用高熵金屬合金的新型金屬3D打印工藝
最近，著名日本企業(yè)東芝就與日本東北大學(xué)合作開發(fā)出了一種新的金屬3D打印技術(shù)：它可以將高強度、耐腐蝕的高熵金屬合金(HEA)作為打印材料。在已經(jīng)完成的一項測試中，該技術(shù)的成果令人興奮 — 其3D打印成品的拉伸強度比常規(guī)工藝制造的同類產(chǎn)品高出了20%。
據(jù)了解，這種新工藝是通過使用電子束融化金屬粉末，然后逐層疊加堆積出3D實體的 — 這與一些常規(guī)金屬3D打印工藝類似。不過，其所用的材料，也就是上面提到的HiPEACE，在精細度和分散一致性上都比普通的金屬粉末更勝一籌，而且其預(yù)加熱溫度和實際熔融溫度間的溫差更大，所以，其凝固速度更快，而這正是其3D打印成品強度更高的原因。
由于制造出的產(chǎn)品具有很高的強度、耐用性和抗腐蝕性，這項新工藝的適用領(lǐng)域很廣泛，尤其適合制造經(jīng)常會暴露在高腐蝕性物質(zhì)和氣體中的油氣鉆探設(shè)備。
NO.2：雷尼紹攜手BioHorizons 個性定制3D打印激光牙基臺
近日，總部位于英國的雷尼紹(Renishaw)公司與牙科植入物制造商BioHorizons達成了合作，首次為客戶3D打印定制的牙基臺(Abutment)。確切地說，這個3D打印的裝置被稱為激光牙基臺(Laser Abutment)，主要用作人工牙植入的基臺。通過此項合作，牙醫(yī)將能夠為患者提供性能出色、舒適美觀的定制牙科植入產(chǎn)品。
使用Renishaw Dental Studio軟件，牙科實驗室能夠在當(dāng)場為客戶掃描和設(shè)計牙基臺，然后提交給雷尼紹公司進行制造。后者使用其金屬3D打印系統(tǒng)打印出來并進行精密機械加工，以獲得所需要的精確幾何形狀。
該牙基臺的制造流程已經(jīng)通過了ISO 13485質(zhì)量管理體系的認證。該產(chǎn)品使用的材料是鈷鉻合金，其生物相容性也通過了ISO 10993標(biāo)準的測試。這種牙基的使用非常方便：標(biāo)準烤瓷牙能夠直接輕松安裝上，同時，帶有螺絲的牙冠也可以隨時取下，以便定期維護和常規(guī)檢查。另外值得一提的是，兩家公司還會為成品牙基做預(yù)拋光處理并配上鈦金屬螺絲，從而為牙科診所節(jié)省時間。
NO.3：荷蘭藝術(shù)家用聲波創(chuàng)作3D打印陶瓷作品
畢業(yè)于埃因霍芬設(shè)計學(xué)院的van Herpt使用他的打印機創(chuàng)作一系列引人注目的陶瓷作品，并不斷嘗試一些創(chuàng)新的藝術(shù)創(chuàng)作方式。比如在最近的一個項目中，他與空間聲音設(shè)計師Ricky van Broekvhen合作，創(chuàng)造出了一種名為“Solid Vibrations(固體振動)”的作品。
Van Broekvhen是一位擁有建筑和設(shè)計學(xué)位的音樂家，他喜歡通過聲音來創(chuàng)建各種形狀、造型并將其用于自己的視覺藝術(shù)作品。而van Herpt注意到自己的3D打印機在打印粘土的時候會在對象的表面留下一層層的紋路，覺得可以用這些紋路做文章，創(chuàng)作出某種藝術(shù)形式。為此，他找到了Van Broekvhen尋求幫助，后者在3D打印平臺的下方安裝了一個揚聲器，這個揚聲器會在打印過程中播放各種不同振動頻率的低音，造成構(gòu)建平臺在打印頭逐層沉積泥土的時候隨著音頻振動，最終生成了一系列擁有漂亮表面紋理的3D對象，從而以一種特殊的形式將聲音可視化。
NO.4：賓厄姆頓大學(xué)科學(xué)家在研發(fā)電噴射3D打印技術(shù)
美國賓厄姆頓大學(xué)(Binghamton University)的一位工程師正在進行的一項研究有可能會導(dǎo)致制造技術(shù)發(fā)生根本的變化，并且可以改進能源生產(chǎn)、醫(yī)療保健、安全等方面的設(shè)備。他的目標(biāo)是在非常精細的尺度上重新定義3D打印技術(shù)。
據(jù)了解，他發(fā)明的“電噴射(electrospray)”技術(shù)將微小顆粒放入一種溶劑，然后將其施加于對象表面，通過一種類似噴墨打印機的工藝創(chuàng)建電子元器件。
Chiarot研發(fā)的這種“電噴射”系統(tǒng)主要依賴一個高壓電源和一個小小的泵，后者負責(zé)將材料傳送到一個看上去像注射器的噴嘴那里。當(dāng)這些顆粒被噴出時，它們上面都有高電荷將彼此分開?？瓷先ゾ拖褚欢淙軇┰?。Chiarot稱可以在其飛行過程中施加二次電場對其進行重新定位。
NO.5：科學(xué)家用石墨烯3D打印出超輕超薄的超級電容
2016年2月9日，美國Lawrence Livermore國家實驗室(LLNL)和加州大學(xué)Santa Cruz分校的科學(xué)家們宣布，他們首次使用超輕的石墨烯凝膠3D打印出超級電容，從而為產(chǎn)品設(shè)計師更加自由、不受設(shè)計限制地將高效能源存儲系統(tǒng)用于智能手機、可穿戴設(shè)備、可植入設(shè)備、電動汽車和無線傳感器打開了大門。
據(jù)了解，LLNL的研究團隊使用了一種被稱為直接油墨書寫(direct-ink writing)的3D打印工藝和該實驗室自己設(shè)計的氧化石墨烯復(fù)合油墨來打印微結(jié)構(gòu)，制造出可以保留能量的超級電容，比當(dāng)前使用電極制造的同類電容薄10至100倍。
而且，Cheng Zhu稱，這種超級電容器的充電速度也非?？臁＠碚撋现恍鑾追昼娀蛘邘酌腌娂纯沙錆M電量。Zhu和他的同事們相信，將來全新設(shè)計的3D打印超級電容可以用來創(chuàng)建當(dāng)前很難制造、甚至用其它方法不可能實現(xiàn)的獨特電子產(chǎn)品，比如完全定制的智能手機或者折疊裝置等，與此同時其性能也將達到前所未有的水平。
NO.6：中科院光固化3D打印提升100倍速
最近，中科院福建物構(gòu)所3D打印工程技術(shù)研發(fā)中心林文雄課題組在國內(nèi)首次突破了可連續(xù)打印的3D打印快速成型關(guān)鍵技術(shù)，并開發(fā)出了一款超級快速的連續(xù)打印的數(shù)字投影(DLP)?3D打印機。據(jù)了解，該3D打印機的速度達到了創(chuàng)記錄的600 mm/h，可以在短短6分鐘內(nèi)，從樹脂槽中“拉”出一個高度為60 mm的三維物體，而同樣物體采用傳統(tǒng)的立體光固化成型工藝(SLA)來打印則需要約10個小時，速度提高了足足有100倍!
傳統(tǒng)的SLA技術(shù)采用逐層固化、層層累積的方式來構(gòu)造三維物體，層與層之間需中斷光照射，然后在已固化區(qū)域表面重新覆蓋或填充精確、均勻的光敏樹脂，再 進行光照射形成新的固化層，這種方式系統(tǒng)復(fù)雜且耗時。2015年3月，美國Carbon3D公司最早提出“連續(xù)液面生長技術(shù)”(CLIP)。該技術(shù)是通過 透氧材料特氟龍引入氧氣作為固化抑制劑，在樹脂底部形成一層薄的液態(tài)抑制固化層，形成“固化死區(qū)”，避免已固化區(qū)域與底部粘連，使固化過程保持連續(xù)性，不 僅解決了傳統(tǒng)SLA成型方式的一些缺陷，而且比傳統(tǒng)的3D打印速度快25—100倍，達到500mm/h。
而本次中科院塑造的新型成型技術(shù)能夠獲得最大打印速度超過600 mm/h，比美國Carbon3D公司發(fā)布的連續(xù)3D打印設(shè)備速度快約20%。
NO.7：機器人3D打印玻璃工藝問世
之前我們曾聽說過美國MIT在玻璃3D打印成型技術(shù)上有所突破，然而他們并不是唯一一家。弗吉尼亞理工大學(xué)和羅得島大學(xué)設(shè)計學(xué)院也在這條研發(fā)道路上跨出 了重要的一步，他們推出了一個基于機器人的3D打印玻璃程序，并且已經(jīng)取得了一定的成果。據(jù)了解，這項新技術(shù)被稱為六軸玻璃打印，在2013年由玻璃機器 人實驗室提出，主要由Stefanie Pender和Nathan King兩人協(xié)作開發(fā)，目的就是找到玻璃材料和前沿制造技術(shù)的結(jié)合點。
目前，他們研發(fā)的這項機器人結(jié)合3D打印技術(shù)創(chuàng)造玻璃制品雖然展現(xiàn)出來產(chǎn)品還比較粗糙，但這確實是一項意義非凡的創(chuàng)造。通常情況下，3D打印的過程都是 靠噴頭的移動形成具體的形狀，而他們是利用的一個機器人手臂，由于機器人手臂擁有高度的自由度與靈活性，從而彌補了傳統(tǒng)架構(gòu)過于機械化的各種缺陷。這項技 術(shù)的誕生不僅對于玻璃工藝品制造領(lǐng)域一大促進，更能夠促進3D打印技術(shù)與機器人加速融合。
NO.8：美科學(xué)家開發(fā)全新3D打印工藝!
眾所周知，目前主流的金屬3D打印采用的是激光或者電子束燒結(jié)技術(shù)，而使用高能量的激光或者電子束掃描金屬粉末床，使金屬粉末熔化然后粘結(jié)在一起冷卻成 型進而逐層打印。然而，這項技術(shù)或許將逐漸被淘汰掉。近日，美國西北大學(xué)的一個科研團隊開發(fā)出了一種全新的金屬3D打印方法，可以說完全顛覆了以往的技 術(shù)，它完全摒棄了激光或者電子束，而是采用了一種特質(zhì)液體油墨和常見的熔爐分兩步進行，第一步的成形方法和常見的FDM非常類似。
這個科研團隊發(fā)明了一種混合了金屬粉末、溶劑和彈性體粘結(jié)劑(一種醫(yī)學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常會用到的聚合物)的特殊油墨，這種油墨可以在室溫條件下直接用噴嘴擠出瞬 間凝固，而其中因為使用了彈性體粘結(jié)劑，所以在這一階段打印出的3D對象可以高度折疊或彎曲成更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且可以高達數(shù)百層厚而不至于坍塌，然后將 已經(jīng)形成的3D結(jié)構(gòu)放在普通熔爐內(nèi)進行燒結(jié)，金屬粉末經(jīng)過加熱則會融化永久的粘結(jié)在一起。
傳統(tǒng)激光、電子束燒結(jié)雖然能形成極強的金屬 3D結(jié)構(gòu)，但其成本高昂且耗時，而像一種中控的零部件使用這種方法還有一些限制，其次，用激光逐層加熱的方法會在不同的區(qū)域產(chǎn)生加熱和冷卻的應(yīng)力，破壞打 印對象的微觀結(jié)構(gòu)。而使用這種新方法，在熔爐內(nèi)進行加熱確保了均勻的溫度和致密結(jié)構(gòu)燒結(jié)，不會產(chǎn)生翹曲和開裂。并且，它可以一次使用多個擠出噴嘴，以更快 速度打印出高達數(shù)米的3D結(jié)構(gòu)，唯一的限制可能就是熔爐的尺寸了。
NO.9：3D打印人體微器官和干細胞
過去，胚胎干細胞3D打印機只能制造平面排列或簡單的堆積，這被稱為細胞“石筍”。如今，研究者聲稱他們首次開發(fā)出能夠用3D打印技術(shù)來裝填胚胎干細胞的方法。他們發(fā)明了一種胚胎干細胞3D打印機，能夠通過逐層構(gòu)建的方式來裝填干細胞，從而形成所需要的立體結(jié)構(gòu)。
這項研究是由北京清華大學(xué)(Tsinghua University)的孫偉教授和費城德雷塞爾大學(xué)(Drexel University)的機械工程教授合作進行，他們聲稱可以在可控條件下用3D打印來快速制造胚體，生產(chǎn)一模一樣的胚胎干細胞模塊，理論上這些模塊還可 以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打印了小鼠胚胎干細胞，這種材料與軟性隱形眼鏡的材料屬同類。而且，據(jù)他們的最新研究顯示，90%的細胞能夠在打印過程中 存活下來，這些細胞會在水凝膠支架中增殖成胚體，還會分泌健康胚胎干細胞才會分泌的蛋白，而且還能將水凝膠再次溶解獲得胚體。
他們的下一步工作是研究怎樣通過改變打印和結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)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。這樣能夠促進臨近的不同細胞同時生長，為在實驗室生長微器官奠定基礎(chǔ)。:
NO.10：納米級金屬3D打印技術(shù)CytoSurge
最近，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院在3D打印領(lǐng)域頗為活躍，他們同樣也是業(yè)績赫赫：包括通過生物聚合物和軟骨細胞打造了一只耳朵和鼻子的生物打印; 通過在三維打印的基礎(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)的材料設(shè)計實現(xiàn)的5D打印;以及可制造更高性能觸摸屏的3D打印 金銀納米墻技術(shù)。
專注于納米打印的CytoSurge公司的創(chuàng)始人DR. MICHAEL GABI 和 DR. PASCAL BEHR正是來自瑞士聯(lián)邦工學(xué)院。他們擁有的核心技術(shù)是專利的FluidFM技術(shù)，F(xiàn)luidFM技術(shù)是一種重塑微管的技術(shù)，F(xiàn)luidFM移液器微管有 比人類頭發(fā)的直徑還要小500倍的孔徑。這種獨特的結(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)用程序到一個更高的水平，并帶來真正獨特的組 合，F(xiàn)luidFM的應(yīng)用領(lǐng)域包括從單細胞生物到表面分析以及更多，帶來最苛刻的納米操縱任務(wù)實驗的靈活性。
CytoSurge與瑞士聯(lián)邦工學(xué)院的聯(lián)合使得FluidFM技術(shù)與3D打印幾乎深度結(jié)合起來，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院通過整合FluidFM Probes到打印機上，這項技術(shù)不僅僅可以實現(xiàn)例如金、銀、銅這些金屬的納米級打印，還可以打印細胞和復(fù)合材料。這帶來了潛在的顛覆，從手表業(yè)，到生物 打印，再到微機電以及更多行業(yè)。從此邁出了3D打印逐漸走向納米領(lǐng)域的腳步，即將為世界制造業(yè)創(chuàng)造廣闊的商業(yè)空間。
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