科技前沿|2016年全球3D打印十大创新技术一览

点击量:335 发布时间:2017-01-17 作者:状迈(上海)增材制造技术有限公司
科技前沿|2016年全球3D打印十大创新技术一览
 
 
 2017年想必将会是3D打印发展关键年,而回顾2016年,各国技术突破方面又有什么样的进展来迎接2017年的市场机遇呢?
  在此,特选出3D打印领域2016年国内外的创新技术进行回顾盘点,也希望在2017年,有更多的科研力量投入到3D打印领域的创新中,取得更多更大的科技进展。
3D打印国际十大创新
1.瑞士科学家3D打印金银纳米墙可制造更高性能触摸屏
      触摸屏是我们的生活中不可缺少的一种产品,而触摸屏技术是依靠喷涂在设备表面的微型导电电极实现的。这种肉眼几乎看不到的电极是由导电材料制成的纳米墙组成的,而目前最常用的材料是氧化铟锡。它的透明度很高,但导电性较差。
 
 
       苏黎世联邦理工大学(ETH)采用“纳米液滴”3D打印来进行创新制造,这种方法能够以金、银纳米颗粒为原料3D打印出超薄的“纳米墙”,从而制造出从未有过的透明导电电极,最终创造出画面质量更好、响应更精准的触摸屏。
 
      目前,研究者们已经利用该技术成功3D打印出了厚度在80-500纳米之间的超薄电极层。
2.从树脂到陶瓷,加州高温陶瓷3D打印技术
       位于加利福尼亚州Malibu的HRL 实验室发明了可兼容与光固化/3D打印的树脂配方,由硅、氮和氧组成,在一台3D打印机内用一束紫外线照射这种树脂,会使其变硬,生成致密的陶瓷部件。
 
 
       这是一个惊人的突破,因为它使能够产生任意多边形陶瓷部件,强大且无温度弹性,陶瓷表面无任何加工,不需铸造或嵌塞,这种密度泡沫陶瓷可以在推进零部件、热防护系统、多孔燃烧器、微机电系统和电子设备获得应用。
3.麻省理工制作激光雷达芯片 3D扫描历史将彻底改写
       当前市场上大多数激光雷达系统(包括自动驾驶汽车上所安装的雷达系统)使用的是离散自由空间光学元件,包括激光器、镜头和外部接收器。在这些硬件组合中,激光在震荡的同时旋转,这使得其扫描范围和复杂程度受到限制。并且成本从1000美元到70000美元不等。
 
       来自麻省理工学院的研究人员正在300毫米的晶圆上生产激光雷达芯片,且其成本不到10美元。最重要的是,在这个设备中的非机械光束转向比目前所实现的机械激光雷达系统的速度快1000倍。
4.麻省理工博士3D打印Cilllia毛发,将对智能设计产生巨大影响
       这次麻省理工发明的是像神经一样敏感的Cilllia毛发设计平台,灵感来自于自然界动物以及人类的毛发。
 
 
       Cilllia毛发是通过光敏树脂固化的技术打印出来的,通过将3D打印的精度控制到极其细微的程度,将这些毛发获得微观结构的“可编程”,这样毛发就展现了像具有神经一样的对压力和对声音的敏感度,并伴随着外界的刺激发生弯曲改变。
5.像“生长”出来的3D打印军用无人机
       英国的格拉斯哥大学及防务公司BAE Systems的研发团队共同研发合作的3D打印军用无人机Chemputer计划,这款3D打印机可以在短短几天之内从无到有“生长”出高度先进的定制化无人机。
 
 
       其实这是一款能够在分子水平上进行构建的3D打印机,能够“生长”出从机翼到电子系统在内的所有部件。Chemputer打印无人机的设想是功能性强,飞行速度快,超高高度以及快速反应,目的是要克服今天的军事环境的生产限制。
6.3D打印制备离子交换膜的技术
       美国宾西法利亚州立大学的研究人员利用光固化和三维打印技术来制备微纹理的阴离子交换膜,此技术可以灵活而快速的在离子交换膜表面打印各种3D图案,以提高性能。
 
       这种3D打印技术与当前常见的SLA(光固化)3D打印技术类似,打印材料是可光固化的离子聚合物混合物,当该混合物暴露在一台光投影仪之下的时候,3D打印机将设计好的图案投射并选择性地固化在其表面上。表面图案能够增加膜的电导率多达1—3个数量级(factor)。
7. 迪士尼近瞬时树脂打印技术
       迪士尼申请了名为‘Near Instantaneous Object Printing Using a Photo-Curing Liquid’(液体光敏树脂的近瞬时打印技术)。
 
 
       迪士尼的3D打印技术绕过层层扫描固化的生产方法,而是通过一个或更多的光源将三维模型“注入”液态树脂内。几乎在瞬时间,三维模型就被固化出来,而以往层层生产这样的产品需要几个小时,现在变为几分钟。
8. 用于非常复杂部件打印的德国Fraunhofer多材料打印技术
       德国Fraunhofer研究所和IKTS 系统研究所研发了一项3D打印新技术,不仅可以打印骨科植入物、假牙、手术工具等医疗产品,还可以打印微反应器这样非常复杂、微小部件。
 
 
       Fraunhofer研究所研发的这项3D打印技术可打印的材料是陶瓷或金属粉末悬浮液。陶瓷或金属粉末被混合在一种低熔点的热塑性粘合剂中,热塑性粘合剂在80摄氏度时就会融化成为液体。在打印过程中,打印机的电性温度熔化了粘合剂,并混合着陶瓷或金属粉末材料以液滴的形式被沉积下来。沉积后液滴迅速冷却变硬,三维对象就这样被点对点逐渐打印出来。
9.波音悬浮式3D打印技术
       波音公司开发出一种悬浮式3D打印技术,在没有任何实体打印平台的情况下,实现360度无死角操作,并成功获批专利。
 
 
       该技术的优势在于:完全突破对形状的限制,实现更加复杂零部件的整体3D打印。而且,该技术采用多个3D打印机同时在不同方向一起工作,可打印出各种功能产品,并显著提高打印速度。打印出的材料具有抗磁性,经过超级冷却之后能变成超导体。
10.哈佛大学3D打印带血管的人工组织
       哈佛大学获得最新的突破,可以打印出维持生物学功能的并可以存活超过六个星期的组织。
 
 
       研究人员将包含细胞外基质的墨水填充进模具。最终培养出内部充满毛细血管的人工组织。研究人员通过硅胶模具两端的出入口向该组织输入营养物质,以保证细胞存活。人工血管将通过将细胞生长因子运送至整个人工组织,促进干细胞的定向分化,从而形成更厚的组织。
国内3D打印创新技术
西安交通大学
西安交通大学-结构电子产品三维空间的任意排布
       结构电子是指电路与电子元件按照一定的三维空间布局,附着或镶嵌于基体结构上,形成的三维电气结构。由于电气部分具有三维空间布局,电子产品的空间利用率得到提升,体积得到减小。
 
       西安交通大学通过一种导线与基体同步打印的3D打印技术实现了结构电子产品三维空间的任意排布,所使用的导线打印材料可以有三种不同形态,包括铜锡合金、银锡合金、锡铅合金这样的低熔点金属丝,纳米银离子凝胶溶液、导电高分子水凝胶的导电墨水,以及铝粉、铜粉等金属粉末。基体的3D打印材料则为ABS、PLA、PEEK绝缘性高分子丝材。
西安交通大学-采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件
       在金属打印时,由于存在较大的温度梯度,金属难以持续稳定地生长,难以获得品相良好的柱晶或单晶组织,因而得到的零部件的性能和特性受到极大的影响。
 
       西安交通大学克服现有技术中存在的问题,提供一种采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的装置及方法,通过增加辅助控温光源,利于零件的金属晶体定向生长,能够得到连续的柱晶或单晶组织。
南京航空航天大学
南京航空航天大学-铝基纳米复合材料
       为了解决现有的铝基复合材料在成形加工过程存在的几个问题,南京航空航天大学提供一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料。
 
       此材料可以有效的解决铝基纳米复合材料在激光增材过程中工艺性能与力学性能不匹配、增强颗粒分布不均匀以及陶瓷相与基材相之间润湿性较差的问题,使得所获得的产品具备良好的界面结合以及优异的力学性能。
南京航空航天大学-3D打印技术制造马氏体模具钢
       目前,国产模具钢还不能全部满足国内模具行业的需求,每年约有25%的模具需从国外进口。
 
      为解决现有制模技术中的工序复杂、成本高以及报废率大等问题。南京航空航天大学通过调整激光加工过程工艺参数,改善成形模具晶粒粗大问题,从而改善其机械性能。利用Mn、Ni、Cr等合金元素稳定过冷奥氏体,在激光加工极大的冷却速度下得到组织均匀的马氏体,从而省去了后续的“淬火”过程,激光加工完毕后,成形模具被传送装置送入真空热处理室完成回火过程以释放其内应力,从而得到具有均匀、细小的回火马氏体组织的成形模具。
浙江大学
浙江大学-基于三维打印的无泵驱动微流控芯片
      微流控芯片又被称为芯片实验室,是一种在微米尺度上对流体进行操控的技术。该技术将化学和生物实验室的基本功能微缩到了一个只有几平方厘米大小的芯片之上。
 
      浙江大学利用FDM三维打印技术制作基底,采用铺粉的方式,来制得微流控芯片。这项技术可以应用在各种临床检测,具有可重复利用、无泵驱动、流动速度可调、流道分辨率高、成本低等优点,并且加工过程简便快捷,生产效率高,易于工业化大规模生产。
华中科技大学
华中科技大学-具有锻件性能的金属零件3D打印
       华中科技大学数字装备与技术国家重点实验室张海鸥教授主导研发的金属3D打印新技术“智能微铸锻”,不仅能打印薄壁金属零件,而且能打印出大壁厚差的金属零件,省去了传统锻压机的成本,通过计算机直接控制成形路径,降低了设备投资和原材料成本。
 
      目前,由“智能微铸锻”打印出的高性能金属锻件,已达到2.2米长约260公斤。现有设备已打印飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等八种金属材料,有望改变国际上由西方国家领导的金属丝3D打印格局。
蓝光英诺
蓝光英诺-3D生物打印技术促进人工血管内皮化
       蓝光英诺向全球发布了由其团队承担的3D生物打印促进人工血管内皮化的研发项目取得的重大突破:
       全球首创依托干细胞生物墨汁技术构建的3D生物打印血管成功植入恒河猴体内,实现血管再生。这标志着在世界范围内3D生物打印技术在临床应用的开启,同时将引领干细胞制造组织、修复器官的再生医学新时代。
 
广州迈普再生医学
广州迈普再生医学-具有4D效应的脊柱侧凸内固定矫正装置
       脊柱侧弯疾病有个特点,每个病人的脊柱变形都不尽相同,侧凸角度、旋转角度、脊椎骨形态、侧凸位置及对周边影响、脊柱旁软组织结构都不尽相同,临床医生有个性化器械的需求。
 
       4D效应就是3D打印材料自动变成为预设的模型,广州迈普再生医学通过3D打印激光烧结打印技术制备镍钛基记忆合金材料骨架,在得到的镍钛基记忆合金材料骨架上沉积热塑性材料从而制备热塑性材料外壳或者单独制备热塑性材料外壳再将镍钛基记忆合金材料骨架与热塑性材料外壳组合,其中所述镍钛基记忆合金材料骨架的定位孔与所述热塑性材料外壳的定位销进行配合,从而得到功能单元。
铂力特
铂力特的光栅-钨
       众所周知,稀有金属是国家的重要战略资源,而钨材料是典型的稀有金属,具有极为重要的用途。但 钨材料的硬度高,脆性大,导电性差,机加工困难,采用传统的减材制造工艺难以成形形状复杂的零件。
 
       铂力特经过多次研究试验,研制出专门针对难熔金属和高导热高反射金属的专用3D打印装备BLT-S300T,有效地解决了以上问题,打印出了钨合金零件,并且工艺参数稳定,成形良好。该零件整体采用薄壁结构,最小壁厚仅0.1mm。
铂力特的复杂流道的尾喷管-铜
       铜材料在航空航天、电子产品应用领域具有重大价值,铜但材料属于高导热、高反射金属,在激光熔化(SLM)过程吸收率低,因此成形效率低、冶金质量难控制。
铂力特通过大量的试验,研制出专门针对难熔金属和高导热、高反射金属的专用3D打印设备BLT-S300T,成功制备出铜材料零件——铜合金尾喷管。
 
       该零件的内外壁之间设计了50条随形冷却流道,增大冷却接触表面积,降低温度达到快速冷却的效果,有效提高了零件的工作温度。该零件是国内首件大尺寸选区激光熔化铜合金尾喷管,突破了铜材料的激光成形技术,实现了复杂流道的铜材料制造工艺。
 
 
 
 
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