创想智造3D打印手板模型加工

标题: 3D打印技术三大最新“重要成果” [打印本页]

作者: 苗苗 时间: 2016-7-6 16:00
标题: 3D打印技术三大最新“重要成果”
技术的进步无疑会让我们欣喜若狂，也正是因为技术的不断进步将我们带入了一个又一个“全新时代”。而3D打印在走过了荒蛮无知的发展期之后，已日渐被大众熟知。如今，3D打印让我们的未来充满了无限的可能性，而且其技术水平仍在高速发展，永不止步。

金属3D打印基础性研究获重大突破

日前，来自美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的一个研究团队宣布，他们正在研究一项困扰着常见金属3D打印技术的重大问题。据悉，他们的发现将发表在8月份的《Acta Materialia》，并有可能加快3D打印技术的应用。

当这个增材制造研究项目开始的时候，Mathews就雄心勃勃地期望获得开创性的成果。他说这项研究“力求在基于金属的增材制造领域进行前所未有的更多、更详细的实验研究。”而该研究团队即将发表的文章也代表了他们在预测和最小化金属增材制造零部件无效缺陷和表面粗糙度方面的最新见解。
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众所周知，在增材制造金属零部的过程中的快速加热和使用激光生成的高温能够提高零部件的强度，但是同样的工艺也可能导致空隙或毛孔，从而削弱该零部件。

据了解，这些缺陷的主要原因是金属粉末的不完全融化，或者强烈的汽化所导致的“锁眼型”熔化。激光功率、光束尺寸、扫描速度和开口间距（hatch spacing）——这些统称为扫描策略，是用于确定最终的孔隙度和孔隙的存在的所有变量。与该研究相关的另外一个研究项目——LLNL的金属增材制造加速认证项目——负责人Wayne King评论说：“如果我们想要将零部件投入关键应用，那么它们就必须符合质量标准。我们的项目主要专注于在科学的基础上发展对于增材制造过程的理解，从而建立增材制造零部件质量的可信度。”

King也是这一新论文的共同作者之一，并参与了该项目的算法开发以解决3D打印金属零部件的表面粗糙度、残余应力、孔隙和微裂缝等问题。这个项目是在2015年3月与通用电气（GE）合作开始的。America Makes为此提供了54万美元的资金并且设定了18个月的成果交付时间。GE公司首席研究员Bill Carter证实，该算法项目正在如期进行，其软件将会在今年9月提供给America Makes成员。一旦算法完成，他们将会在一种开源授权许可的条件之下将其公布出去。Matthews预期这将导致增材制造行业的更大飞跃。最终完成的软件模型将能够全面评估金属粉末是如何形成一个熔池及其在固化之前的所有行为。King说：“这些模型将使金属增材制造远离经验主义，并朝着更加科学的方向迈出一大步。他们还称，这项研究非常重要，因为对于构建空间内不断变化的环境条件的了解可以让系统获得对金属3D打印对象更精确的控制，从而可以实现耐用部件的可重复打印。

Techshot宣称2024年将在太空3D打印活体心脏

这将是一个巨大的医学突破，并会改变等待心脏移植手术的患者的生活：3D打印一颗人类的心脏。这件事听起来似乎很疯狂，但是来自美国印第安纳州的一家名为Techshot的公司正在努力将它变成现实。据了解，Techshot公司主要致力于为美国宇航局（NASA）、国防部和其他组织开发尖端仪器。它是John Vellinger在28年前帮助成立的，如今Vellinger是该公司的副总裁兼首席运营官。“如果一个年轻的孩子因为心脏缺陷需要做心脏移植手术的话，我们希望能够用他自己的干细胞制造出人类的心脏，然后植入他的体内，这个心脏就能够与孩子一起生长，从而可以消除异体心脏移植所具有的巨大风险。”Vellinger解释说。

但是，迄今为止，尽管3D打印技术已经经历了很长的路，我们能够看到各种各样的3D打印零件、产品、玩具、植入物假体等，但是要打印出器官依然很难。为此，Techshot别出心裁，正在与另外两家公司合作，希望能够在太空零重力状态下创建一颗人类的心脏。“目前人们在3D打印没有很多血管的骨组织方面取得了进展，但是真正的问题是血管，是如何让血管在组织内生长。”Boland说。而且目前世界各地的科学家们都在尝试生物打印器官，但都没有取得突破。“真正的关键在于如何让细胞生长，由于地面上的重力问题，人们已经尝试了10到15年，一直不能实现血管化，只有血管化之后，细胞才能够在该结构中生长。”Vellinger解释说。
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这就是为什么这支团队想到太空里试试。“重力是地面上的一个阻碍，在太空里由于没有重力，就为制造一个更加完美的结构创造了机会。”Vellinger说。最近，该研究团队把他们的设备带到了奥兰多和并成功地在零重力模拟器中对它进行了测试,之前我们也曾经报道过这件事。“我们在这个过程中实际上在用活的人类干细胞打印婴儿的心脏结构。我们下一步的计划是使用同一台机器，把它挂在一枚可以进入地球轨道的探空火箭上，再下一步我们将把这项技术放在国际空间站上。”Vellinger说。科学家们希望，他们的设备能够在国际空间站上3D打印出首个人类心脏。“NASA对这非常感兴趣。”Vellinger说。

Boland说，第一次移植指日可待。“我们预测到2024年，我们将从太空带回一个可移植的器官。”他说。“随着各方面的技术逐步具备，再加上太空环境，我们认为这是一个取得重大突破的真正机会。”Vellinger补充说。

微观生物3D打印领域获新突破

近日，英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）的科学家们在开发可以在生物环境中安全地使用的蚕丝微型火箭上取得了重大突破。通过使用创新的3D喷墨打印方法，该校的化学和生物工程研究人员在制造微观蚕丝游泳装置方面向前迈出了一大步。据了解，这种蚕丝装置可降解，而且对其所处的生物环境完全无害。这意味着，这些装置将来可能在被用于人体内部的一些应用当中，比如传递药物和定位癌细胞等。

而且，这一新技术使得研究人员可以使用安全、无毒的材料，即意味着该微型火箭不会对任何活组织或生物环境造成伤害或损害。这是一项重大突破，因为在此之前，这样的装置往往成本高昂，而且制造起来非常复杂，它们往往是用聚苯乙烯微球、纳米碳管或金属制成，其表面还必须覆盖一层催化剂层（例如铂），以便于能够成功地游动，但是这些装置往往对它们所处的生物环境并不友好。
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而谢菲尔德大学的科学家们这次3D打印的蚕丝火箭长度仅有300微米，直径100微米，仅相当于人类的一根头发丝的厚度，有趣的是，这种微型蚕丝火箭能够在其所处的生物液体环境中获得推动其前进的燃料。据了解，科学家们发明了新的反应性喷墨打印方法，使用将溶解的蚕丝与一种酶混合在一起的溶液首次制造出了这些微型火箭。这种方法的关键在于这种溶液，当这种溶液制成后，科学家们只需将其放入一台3D喷墨打印机，像正常的喷墨打印那样，逐层沉积墨水创造出一列火箭。

然后，科学家再在打印完成的溶液上打印一层甲醇，后者就会触发反应使前者形成刚性的火箭形状，这种形状会将酶固定在一种蚕丝晶格结构中。最后，这种酶会作为催化剂，与外界的燃料分子进行反应产生泡沫来推动火箭向前。研究人员们称，用酶作催化剂和并用蚕丝3D打印成微型火箭，使他们获得了一种可生物降解、更便宜、制造方法更简单、更安全的装置，为人体微型火箭出现在实验室以外去除了一个主要障碍。该校化学和生物工程系Xiubo Zhao博士称：“通过使用像过氧化氢酶这样天然的酶和蚕丝这样完全可生物降解的材料，我们制造出来的游泳装置比以前的更具生物相容性。而且喷墨3D打印技术也使得我们可以在火箭制造之前以数字化的方式定义其形状。这样就很容易优化其形状以控制装置游泳的方式。”

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