面向未來的3D打印材料與打印技術(shù)

南極熊認(rèn)為目前3D打印行業(yè)進入了快速成長期,，伴隨著行業(yè)的成長，材料技術(shù)的提升也催化了行業(yè)應(yīng)用走向成熟,。站在今天,，我們不由得好奇將來那些3D打印材料會成為主導(dǎo)，推動整個行業(yè)的發(fā)展,。

市場研究機構(gòu)Research and Market預(yù)測3D打印材料市場將從2016年的5.3 億美金快速成長到2021年的15億美金的市場規(guī)模.那么,，3D 打印材料市場上究竟將誰主沉浮,？參考3D打印服務(wù)平臺Sculpteo選出的十大材料,。

記憶性的多材料聚合物（4D打印）

麻省理工和新加坡科技設(shè)計大學(xué)開創(chuàng)的3D打印熱響應(yīng)性聚合物材料,，能夠記得原來的形狀,，即使被暴露在極端壓力和扭轉(zhuǎn)彎曲成無用的形狀，只要把對象放回他們的響應(yīng)溫度下,，立即在幾秒鐘內(nèi)回到原來的形式,。

記憶是一種特別有用的特性，因為它允許物體在不同的柔軟程度,、彈性狀態(tài)下進行切換,。在這種特殊的情況下，即使室溫也可以“凍結(jié)”這些材料,，使之呈現(xiàn)出不同的形狀,，而一個稍高的溫度又可以使這些材料瞬間“彈”回堅實的狀態(tài)。

這種材料在太陽能,、醫(yī)療和太空探索領(lǐng)域具有應(yīng)用前景,，包括軟性驅(qū)動器、藥物膠囊,、太陽能板角度調(diào)節(jié)器等,。

定制化藥物打印

打印小的分子一直是化學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵話題，Burke Laboratories發(fā)明了可以打印分子級別的3D打印機,，也就是說這臺機器能夠生產(chǎn)自動化的化學(xué)合成,。

這種創(chuàng)新的3D打印方式帶來了新的材料技術(shù)，也簡化了化學(xué)合成的復(fù)雜性,，并且使得科學(xué)家可以用來探索更多的藥物合成,，而在此之前受化學(xué)合成技術(shù)的約束，很多更有效的藥物得不到開發(fā),。

導(dǎo)電材料打印
使用3D打印,，弗吉尼亞理工大學(xué)通過微光固化技術(shù)打印了毫米大小的3D對象，材料是離子液體制成的導(dǎo)電聚合物。打印對象小到25μm,，潛在的應(yīng)用涉及到人類細(xì)胞,。事實上，這種技術(shù)可以讓工程師打印導(dǎo)電元件甚至組織支架,。該團隊計劃進一步探討材料可能改變的特性,，包括機械和導(dǎo)電性能。

3D打印骨植入物,、組織和器官
約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一個成功的3D打印材料配方：混合至少30%粉碎的天然骨粉與一些特殊的人造塑料,，并通過3D打印技術(shù)創(chuàng)建所需的形狀。

至于組織和器官,，維克森林大學(xué)（Wake Forest University）再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出可以制造器官,、組織和骨骼的3D打印機，理論上,，這些打印出來的器官,、組織和骨骼能夠直接植入人體。ITOP研究所也開發(fā)了可生物降解的塑料材料制造水基凝膠以支撐打印過程中的活體細(xì)胞,。

3D打印的環(huán)保材料
ABS塑料,，主要通過FDM打印機來使用，是目前最常見的塑料,。然而,，它不完全是環(huán)保的，在煙霧融化時釋放有害的氣體,�,？偛课挥谀侥岷诘� Additive Elements，一直致力于安全,、生物為基礎(chǔ)的材料,，并相信這代表了行業(yè)的未來。Additive Elements研發(fā)了食品級材料由專門的惰性材料和原材料主城,，而且可完全回收并且對環(huán)境無害,。

碳納米管
市場調(diào)研機構(gòu)Lux Research預(yù)測，2016年排名前三的趨勢是碳納米管產(chǎn)品,，以軟件為基礎(chǔ)的可編程與智能化材料,，以及IoT物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來的嵌入式材料打印需求與技術(shù)升級。Lux Research還預(yù)測碳納米管材料和3D打印碳納米管將走向先進材料市場的主場,。

碳納米管的圓柱形碳分子具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能,、力學(xué)性能和電學(xué)性能，使他們在納米技術(shù)領(lǐng)域－nanotechnogloy,、半導(dǎo)體領(lǐng)域,、電子領(lǐng)域,、光學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域具有極大的潛力。

密歇根的創(chuàng)業(yè)公司3DXTech推出了一系列專業(yè)碳納米管的3D打印長絲,，該長絲可以用于幾乎任何FDM / FFF桌面型3D打印機加熱與搭建平臺,，用于制作拓展功能的3D打印電子和PCB電路板，3D打印碳納米管還可以顯著增強3D打印物體,。除了3DXTech還有Arevo Lab和Avante Technology推出了自己的碳納米材料。

石墨烯

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的二維材料：它是有史以來最薄的材料,，只有一個碳原子厚度,；也是有史以來最強的材料，強度是一般結(jié)構(gòu)鋼的200倍,。石墨烯幾乎是完全透明的,，但結(jié)構(gòu)非常致密，即使是最小的氦原子都不能穿過它,。而且它與人類細(xì)胞組織相容,。

用于醫(yī)學(xué)：西北大學(xué)團隊往石墨烯打印的支架上注入了干細(xì)胞，最終的結(jié)果相當(dāng)出色,。首先,，細(xì)胞存活了下來，然后繼續(xù)分裂,、增殖并轉(zhuǎn)化成類似神經(jīng)元的細(xì)胞,。

用于LED：石墨烯3D實驗室的Romulus III可以打印有機LED光源，該獨特工藝是通過石墨烯涂層透明導(dǎo)體來制作的,。這種功能性打印機將貼近人們的實際生活和實際需求,，為更多的基于此項技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品打開了一扇大門。

用于電容：美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）與加州大學(xué)圣克魯茲分校的科學(xué)家們通過3D打印石墨烯超級電容讓定制化電子產(chǎn)品成為可能,。澳大利亞斯威本大學(xué)（Swinburne University）的研究人員通過3D打印石墨烯薄片,，發(fā)明了一種全新而且應(yīng)用廣泛的能源存儲技術(shù)（從技術(shù)上講，是一種超級電容器）,，可容納更大的電荷能量,，并且在一秒鐘內(nèi)完成充電。

另外,，英國的Haydale Graphene Industries還推出了石墨烯增強PLA絲材,，提高了PLA材料的強度和剛性。

除此之外,，補充Sculpteo的評選如下：

納米液滴
蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的“納米液滴”3D打印,，能夠以金、銀納米顆粒為原料3D打印出超薄的“納米墻”,。

高溫陶瓷
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,。

動態(tài)Cilllia毛發(fā)
MIT研發(fā)的Cilllia毛發(fā)是通過光敏樹脂固化的技術(shù)打印出來的，通過將3D打印的精度控制到極其細(xì)微的程度,。這對于動力學(xué)是個創(chuàng)新領(lǐng)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。

離子膜
美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家使用3D打印技術(shù)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,。

纖維增強樹脂復(fù)合材料

為了充分控制復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的分布和方向，英國Bristol大學(xué)找到了代替熔融長絲的3D打印復(fù)合材料的方法,，該方法是基于光敏樹脂技術(shù)的3D打印技術(shù),。通過超聲波用來誘導(dǎo)材料的微觀結(jié)構(gòu)排列，通過激光束用來固化環(huán)氧樹脂,，請關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng),。

來源：3d科學(xué)谷

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