探秘全球最先進的3D打印實驗室-LLNL國家實驗室

美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）是隸屬于加利福尼亞大學的,，位于利弗莫爾,。成立于1952年,，LLNL最初是作為一個核創(chuàng)新實驗室的目的而建立的,，隨著逐年的發(fā)展才分支到其他領域,。但它仍然很大程度上是由美國能源部的資助下運營的,，他們還負責許多國防項目的研究（如機場安全的創(chuàng)新和網(wǎng)絡間諜的預防）,，所以我們不難理解LLNL能夠公開給公眾來了解的部分并不多。            

作為全球領先的3D打印增材制造研究中心之一,，LLNL配有三個3D打印實驗室,，這些實驗室所從事的是具有前沿探索以及商業(yè)化轉化價值的研究。就在前不久美國能源部撥款220萬美元給LLNL國家實驗室用于3D打印太陽能跟蹤器的研究,。  

金屬,、特殊材料、樹脂,、生物打印-LLNL碩果累累

在3D科學谷看來,，美國LLNL國家實驗室堪比德國Fraunhofer研究所，是3D打印界首屈一指的研究力量,。其共同點在于研究的領域具突破性,，很少有其他的研究機構與其類似。

LLNL的三個3D打印實驗室的研究主要集中在金屬領域,。其中的一個很好的工作成果是在短短的八天內(nèi)3D打印的火箭發(fā)動機縮小樣件,，這個發(fā)動機是個單一的部件，無需組裝。LLNL認為這是一個制造奇跡,，說明了3D打印改變游戲規(guī)則的潛力,。當然這個發(fā)動機的內(nèi)部結構十分復雜，即便是從外觀來看,，鐘形的開口和彎曲的整個身體就很難通過傳統(tǒng)的方法加工出來,。這個案例表明,，3D打印不僅比現(xiàn)有的其他加工替代方案更具加工效率,，而且整個制造成本只有10,000美元的成本，比起需要組裝的其他方案來更具經(jīng)濟優(yōu)勢,。

3D打印小型發(fā)動機

不僅是應用領域的研究,，LLNL通過他們的建模能力、數(shù)據(jù)挖掘技術和不確定性分析來優(yōu)化3D打印金屬零件,，并加速認證過程,。目前，LLNL發(fā)現(xiàn)了是什么原因導致金屬打印零件的微小缺陷,，如何控制內(nèi)部的孔隙,。這將3D打印金屬結構提升到另一個高度，那就是產(chǎn)品的質(zhì)量可追溯,，并且產(chǎn)品的打印質(zhì)量可重復,。LLNL配備的3D打印設備也是最高端的，他們最新的設備具有一個“前饋”的系統(tǒng),，使它更容易定位缺陷和認證零件,。從數(shù)據(jù)分析到軟件控制，這一切的努力,，都將3D打印推向大規(guī)模生產(chǎn)領域,。

當前金屬3D打印的一大阻礙因素是粉末材料，不僅選擇的種類十分有限,，而且專門為增材制造所研發(fā)的金屬粉末就更少了,。LLNL研發(fā)非自然的微觀結構，實現(xiàn)神奇的力學重量比,。早在今年六月,，LLNL已經(jīng)透露成功研發(fā)出輕質(zhì)彈性材料的蜂窩結構。LLNL科學家使用沖擊載荷方法研究了工程晶格結構的動態(tài)屬性中材料的協(xié)同行為,。研究的范圍中有兩種動態(tài)屬性,，其中一種是壓縮屬性，另一種是晶格結構的彈性屬性,。通過微米級的3D打印技術,，LLNL科學家可以進一步的操控晶格結構，從而為這些材料帶來介觀尺度上的秩序性和周期性,，超越傳統(tǒng)方法的設計的晶格結構無序分布的材料,。

LLNL還有一種獨特的打印方法,，是將功能塑料、金屬陶瓷和油墨組合打印,。就在過去的幾個月里,，LLNL已成功研制3D打印泡沫，這種泡沫具有前所未有的熱絕緣和減震性能,。LLNL還3D打印了一種小蘇打,，可以捕獲有害的二氧化碳的排放量。這些功能性的3D打印在LLNL逐步展開,，更多的創(chuàng)新即將到來,。就在幾周前，LLNL和Giant Leap Technologies（GLT）簽署技術開發(fā)協(xié)議,，探索太陽能光電微結構的3D打印,。

3D打印泡沫

3D打印蘇打

3D打印煙霧

國內(nèi)第一3d打印媒體南極熊了解：LLNL在嘗試不尋常的材料方面獲得了不斷的突破，早在2015年4月,，LLNL就取得石墨烯材料應用的突破,，實驗室的科研人員以石墨烯氣凝膠做為3D打印的材料，并按照設計好的架構進行3D打印,。打印出的石墨稀微格具有優(yōu)異的導電性和表面積,，可以作為存儲能量的新載體，并可用于傳感器,、納米電子學,、催化、分離等應用,。

除了金屬打印和特殊材料的打印,，LLNL還研究樹脂的打印，在2015年,，LNLL光學工程師Bryan Moran開創(chuàng)了一個新的SLA 3D打印技術稱為大面積投影微立體光刻（LAPμSL）并申請了專利,，該方法可用紫外光創(chuàng)建出比以前常見的微立體光刻技術更大、更精細的3D對象,。這項技術解決了大與精致的矛盾,，有望將光敏樹脂3D打印的應用在間接模具領域推向一個新的高度，包括那些中空的,、極輕,、高精、極復雜的大型部件的制造技術突破,。


此外,，LLNL的研究工作并不局限于無生命的金屬、樹脂、復合材料和特殊材料的打印,。他們已經(jīng)通過3D打印干細胞技術來獲得血管的培養(yǎng),，這些血管可以用來給器官和組織供給營養(yǎng)，從而為人類打印完整器官的探索又往前推進了一步,。

來源：3d科學谷& 3ders.org
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