3D打印界國際十大創(chuàng)新與國內(nèi)五大創(chuàng)新（2016年上半年）

隨著3d打印技術的不斷地發(fā)展，3d打印技術上出現(xiàn)了一個有一個的創(chuàng)新突破,。我們一起來回顧2016年上半年的3D打印界十大創(chuàng)新與國內(nèi)的五大創(chuàng)新,。（排名不論先后）

國際十大創(chuàng)新1: 瑞士科學家3D打印金銀納米墻可制造更高性能觸摸屏

觸摸屏技術是依靠噴涂在設備表面的微型導電電極實現(xiàn)的。這種肉眼幾乎看不到的電極是由導電材料制成的納米墻組成的,，而目前最常用的材料是氧化銦錫,。它的透明度很高，但導電性較差,。蘇黎世聯(lián)邦理工大學(ETH)找到了一種可行的創(chuàng)新型方法——“納米液滴”3D打印,。這種方法能夠以金、銀納米顆粒為原料3D打印出超薄的“納米墻”,，從而制造出從未有過的透明導電電極,，最終創(chuàng)造出畫面質(zhì)量更好、響應更精準的觸摸屏,。ETH的新方法——以金,、銀的納米顆粒為原料3D打印出納米墻卻沒有這樣的缺陷，因為它可以同時實現(xiàn)較高的透明度和導電性,。

ETH這種納米3D打印技術的神奇之處不但可令金屬材料保持住原有的導電性,，而且可將它們創(chuàng)建出透明的結(jié)構(gòu)。目前,，研究者們已經(jīng)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 3D 打印技術
位于加利福尼亞州Malibu的HRL 實驗室發(fā)明了可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方,，這種樹脂在3D打印后經(jīng)過過火可以生成致密的陶瓷部件,。這是一個驚人的突破，因為它使能夠產(chǎn)生任意多邊形陶瓷部件,，強大且無溫度彈性,，陶瓷表面無任何加工，不需鑄造或嵌塞,。

HRL 通過紫外線光固化快速成形陶瓷的preceramic monomers—”先驅(qū)體轉(zhuǎn)化聚合物”,，通過這些聚合物制造的陶瓷均勻收縮，幾乎沒有孔隙度,。并且可以形成迷你網(wǎng)格和蜂窩狀材料,，不但形狀復雜,，并且還表現(xiàn)高的強度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進零部件,、 熱防護系統(tǒng)、 多孔燃燒器,、 微機電系統(tǒng)和電子設備獲得應用,。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發(fā)動機中，這種陶瓷可以幫助設計者制造能抵御起飛過程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件,。

3: 比現(xiàn)有系統(tǒng)快1000倍,，麻省理工學院將重新定義三維掃描

當前市場上大多數(shù)激光雷達系統(tǒng)（包括那些在自動駕駛汽車上所安裝的雷達系統(tǒng)）使用的是離散自由空間光學元件，包括激光器,、鏡頭和外部接收器,。在這些硬件組合中，激光在震蕩的同時旋轉(zhuǎn),，這使得其掃描范圍和復雜程度受到限制,。并且成本從1000美元到70000美元不等。

麻省理工學院的激光雷達芯片更小,、更輕,、更便宜，也有可能是更強大的,，因為芯片中沒有移動部件,，速度是目前的激光雷達系統(tǒng)的1000倍，可以用來跟蹤高速移動的車輛,。

麻省理工學院的激光雷達芯片工作原理與硅光子技術密切相關,，硅波導幾的波長遠小于光纖，這使得非常小的芯片上的光子電路具有類似于光學纖維的屬性,。該技術的商業(yè)化也并不昂貴,，可以在大量的CMOS晶圓代工廠生產(chǎn)，并解決如波導損耗和光隔離的問題,。

4: 將對智能設計產(chǎn)生巨大影響的麻省理工Cilllia毛發(fā)
靈感來自于自然界動物以及人類的毛發(fā),，MIT研發(fā)的Cilllia毛發(fā)是通過光敏樹脂固化的技術打印出來的，通過將3D打印的精度控制到極其細微的程度,，將這些毛發(fā)獲得微觀結(jié)構(gòu)的“可編程”,，這樣毛發(fā)就展現(xiàn)了像具有神經(jīng)一樣的對壓力和對聲音的敏感度，并伴隨著外界的刺激發(fā)生彎曲改變,。

然而Cilllia指的并不是毛發(fā)本身,，而是建模軟件平臺，通過平臺上CAD設計的步驟,，通過滑塊式界面，用戶可以很容易地將成千上萬的毛發(fā)在短短幾分鐘內(nèi)設計完成,，只需要確定毛發(fā)的角度、厚度,、密度,，和毛發(fā)的高度。

通過精心的設計毛發(fā)具備了“驅(qū)動器”一樣的神奇作用,，在一個直線方向上實現(xiàn)正向“驅(qū)動”和反向“驅(qū)動”,，這對于動力學是個創(chuàng)新領域，改變了以往我們需要電機或者其他的動力裝置才能使得物體發(fā)生移動的現(xiàn)狀,。

5: 像生長出來的3D打印軍用無人機

世界第三大國防承包商英國的BAE系統(tǒng)公司宣布他們正在開發(fā)一款基于化學反應的Chemputer,，這款3D打印機可以在短短幾天之內(nèi)從無到有“生長”出高度先進的定制化無人機。

BAE系統(tǒng)公司投資開發(fā)此項技術的目的是要在接近戰(zhàn)場的地方迅速建立軍事設備供給,，并克服任何地理,、技術或數(shù)字的劣勢，Chemputer打印無人機的設想是功能性強,，飛行速度快,，超高高度以及快速反應，目的是要克服今天的軍事環(huán)境的生產(chǎn)限制,。

打印產(chǎn)品也不僅僅局限于簡單的產(chǎn)品,，而是包括復雜的電子系統(tǒng)的生產(chǎn)。同時,，打印材料是環(huán)保和可回收的,，除了打印一架完整的無人機機身外，打印機也可以用于生產(chǎn)大型載人飛機的部件,，這為此項技術走向民用打開了空間,。

6: 離子交換膜3D打印技術

美國賓夕法尼亞州立大學的科學家開發(fā)了一種離子膜3D打印技術，可以靈活而快速的在離子交換膜表面打印各種3D圖案,，以提高性能,。

科研團隊表示，這種3D打印技術與當前常見的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物混合物,，當該混合物暴露在一臺光投影儀之下的時候，3D打印機將設計好的圖案投射并選擇性地固化在其表面上,。表面圖案能夠增加膜的電導率多達1—3個數(shù)量級（factor）,。

3D科學谷了解到使用這種3D打印技術制作的離子交換膜模型是第一個可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個簡單的并聯(lián)電阻模型就可以描述這些圖案在降低這些新型膜的電阻方面發(fā)揮的影響,。這一方法帶給離子交換膜設計者一個設計工具,，可以幫他們不斷創(chuàng)新、設計出新的圖案,，以進一步改進材料的內(nèi)在化學特性,。

7: 迪士尼近瞬時樹脂打印技術

美國賓夕法尼亞州立大學的科學家開發(fā)了一種離子膜3D打印技術,，可以靈活而快速的在離子交換膜表面打印各種3D圖案，以提高性能,。

科研團隊表示,，這種3D打印技術與當前常見的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物混合物,，當該混合物暴露在一臺光投影儀之下的時候,，3D打印機將設計好的圖案投射并選擇性地固化在其表面上。表面圖案能夠增加膜的電導率多達1—3個數(shù)量級（factor）,。

使用這種3D打印技術制作的離子交換膜模型是第一個可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個簡單的并聯(lián)電阻模型就可以描述這些圖案在降低這些新型膜的電阻方面發(fā)揮的影響,。這一方法帶給離子交換膜設計者一個設計工具,，可以幫他們不斷創(chuàng)新、設計出新的圖案,，以進一步改進材料的內(nèi)在化學特性,。

8: 用于非常復雜部件打印的德國Fraunhofer多材料打印技術

德國Fraunhofer研究所和IKTS 系統(tǒng)研究所研發(fā)了一項3D打印新技術，不僅可以打印骨科植入物,、假牙,、手術工具等醫(yī)療產(chǎn)品，還可以打印微反應器這樣非常復雜,、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。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點的熱塑性粘合劑中,，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體,。在打印過程中，打印機的電性溫度熔化了粘合劑,，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來,。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維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

2016年初,，波音公司成功獲批了一項超前的3D打印技術專利。它與以往任何3D打印技術都不同,，在3D打印過程中沒有任何實體的打印構(gòu)建平臺,，在打印過程中，打印對象還可以做空中翻轉(zhuǎn)動作,。

在打印時,，打印頭首先擠出一塊材料，通過磁場的力量,，這塊打印材料被懸浮在空中,，然后由圍成一圈的多個打印頭,，從不同的方向?qū)⑵溆嗖牧现饘映练e在這塊材料上。打印材料是抗磁性材料,，經(jīng)過超級冷卻之后變成超導體,。通過磁場還可以旋轉(zhuǎn)3D打印對象，并將材料沉積在打印對象底部,，實現(xiàn)360度無死角的3D打印,。

無死角的3D打印技術好處是完全突破對形狀的限制，實現(xiàn)更加復雜零部件的整體3D打印,。除此之外,，通過多個3D打印頭同時在不同方向上進行3D打印，將顯著提升打印速度,。

10: 哈佛大學帶血管的人工組織3D打印

2016年哈佛大學獲得最新的突破,，可以打印出維持生物學功能的并可以存活超過六個星期的組織。哈佛大學的研究人員在整個打印過程中使用了三種生物墨水,。其中第一種墨水含有細胞外基質(zhì),，這是一種由水、蛋白質(zhì)和碳水化合物構(gòu)成的復雜混合物,，用于連接每個細胞,，從而形成一個組織。第二種墨水包含細胞外基質(zhì)和干細胞,。第三種用于打印血管,，這種墨水在冷卻過程中融化，所以研究人員可以從冷卻的物質(zhì)中將墨水抽出來,，并保留空心管 ,。

研究人員將包含細胞外基質(zhì)的墨水填充進模具。最終培養(yǎng)出內(nèi)部充滿毛細血管的人工組織,。研究人員通過硅膠模具兩端的出入口向該組織輸入營養(yǎng)物質(zhì),，以保證細胞存活。人工血管將通過將細胞生長因子運送至整個人工組織,，促進干細胞的定向分化,，從而形成更厚的組織。

國內(nèi)五大創(chuàng)新

1: 中科院福建物構(gòu)所研發(fā)出更快打印技術

中科院福建物構(gòu)所3d打印工程技術研發(fā)中心林文雄課題組宣布在國內(nèi)首次突破了可連續(xù)打印的三維物體快速成型關鍵技術,，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,。

具體的打印技術原理是：利用DLP投影系統(tǒng)提供照射光源，照射樹脂槽底部的構(gòu)建區(qū)域形成固化區(qū)域,；同時通入氧氣或空氣,，氧氣或空氣透過半滲透性透明元件進入樹脂槽，在內(nèi)底面和固化區(qū)域之間形成一層幾十微米厚的抑制固化層。由于液態(tài)抑制固化層的存在,，固化區(qū)域與樹脂槽底部能輕松無損傷分離,，實現(xiàn)全程固化的高速連續(xù)性，福建物構(gòu)所稱他們獲得最大打印速度超過600 mm/h,，比美國Carbon 3D公司發(fā)布的連續(xù)3d打印設備速度快約20%,。

2: 中國首家完全基于云的在線建模軟件GeekCAD

國內(nèi)首家完全基于Web的在線建模軟件。GeekCAD(geekcad.com)于2015年底開始邀請部分用戶試用,，2016年正式發(fā)布Beta版本,。GeekCAD的愿景是讓所有人都可以很容易地進行三維設計，任何人直接打開瀏覽器就可以建模,，并能分享設計給任何人,。

GeekCAD基于云的CAD采取類似于SAS (service as sales)的商業(yè)模式，用戶不需要花費高昂的購買正版軟件的一次性費用,，也無需下載或安裝軟件,。用戶即使使用非專業(yè)配置級別的硬件也可以隨心所欲的建模，省時,、方便、節(jié)約金錢,。中英文兩種界面以及社區(qū)化的創(chuàng)客展示空間,，對于3D打印進入學校教育，發(fā)揮學生的創(chuàng)造能力是最佳的選擇,。

3: 塑成科技的高硬度3D打印樹脂材料

Carbon公司的CEO Joe Desimone的同門師弟海倫在美國弗吉尼亞理工大學博士畢業(yè)后,，2016年回北京創(chuàng)辦了塑成科技。塑成科技針對光固化3D打印市場材料普遍存在的包括硬度,、抗拉伸強度,、耐磨程度、耐溫性等方面的問題,，研發(fā)具備功能性的新型材料,。塑成科技研發(fā)的高硬樹脂、高韌樹脂兩大類光固化3D打印材料,，有著非常明顯的優(yōu)越性能,。

4: 華中科大具有鍛件性能的金屬零件3D打印

2016年7月，7月22日華中科技大學通報,，由該校數(shù)字裝備與技術國家重點實驗室張海鷗教授主導研發(fā)的金屬3D打印新技術“智能微鑄鍛”,，近日成功3D打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。有望改變國際上由西方國家領導的金屬絲3D打印格局,。

經(jīng)由這種微鑄鍛生產(chǎn)的零部件,，各項技術指標和性能均穩(wěn)定超過傳統(tǒng)鑄件。同時，該技術以金屬絲材為原料,，材料利用率達到80%以上,。由于這一技術能同時控制零件的形狀尺寸和組織性能，大大縮小了產(chǎn)品周期,。制造一個兩噸重的大型金屬鑄件,，過去需要三個月以上，現(xiàn)在僅需十天左右,。

3D科學谷認為華中科技大學的“智能微鑄鍛”技術或類似于Sciaky的EBAM技術,，這種以金屬絲為原材料的增材制造技術，無需模具的自由近凈成形,，且全數(shù)字化,、高柔性，打印的零件材質(zhì)全致密,、沒有宏觀偏析和縮松,，具有較高的性能等都帶來代替航空領域鍛造技術的可能。

5: 北京大學第三醫(yī)院的關節(jié)融合器3D打印技術

寰樞關節(jié)脫位（atlantoaxial dislocation,，AD）是指頸椎的第一節(jié)（寰椎）,、 第二節(jié)（樞椎）之間的關節(jié)失去正常的對合關系，從而引起延髓,、高位頸脊 髓受壓,，椎動脈走向和血流動力學改變；輕則出現(xiàn)眩暈或暈厥,，嚴重情況下 可以導致四肢癱瘓,、甚至呼吸衰竭而死亡。由于其致殘,、致死率高,，寰樞關 節(jié)脫位在世界范圍內(nèi)是脊柱外科研究的熱點和難點之一。

北京大學第三醫(yī)院提供的一種能夠僅通過一次 手術完成固定融合且融合生物力學好的關節(jié)融合器在2016年2月獲得專利局的生效批準,。該發(fā)明的托塊上設置融合孔,，可方便置入松質(zhì) 骨或供植入部位相鄰的骨質(zhì)長入，從而實現(xiàn)骨與植入物的融合,，一次手術實 現(xiàn)固定和融合,，而且采用楔形塊結(jié)構(gòu)，使得松質(zhì)骨受壓應力,，利于融合,。

來源：3d科學谷
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