盤點(diǎn)2015年國(guó)外十大3D打印技術(shù)

近年來(lái)，3D打印在世界各地掀起了一股熱潮，尤其是2015年，3D打印更是以爆發(fā)式的增長(zhǎng)速度引爆全球。在近期舉辦的2015哈爾濱3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展高層論壇上，中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長(zhǎng)羅軍指出，2014年全球3D打印的產(chǎn)值是300億元，今年將突破500億元。他預(yù)計(jì)到2020年，全球3D打印的產(chǎn)值有望突破1500億元。然而當(dāng)今世界制造業(yè)危機(jī)四伏，行業(yè)發(fā)展以技術(shù)分高下，誰(shuí)掌握了技術(shù)，誰(shuí)就能主導(dǎo)市場(chǎng)。不可否認(rèn)，雖然今年我國(guó)在3D打印方面取得了一定的成就，但國(guó)外3D打印技術(shù)仍舊略勝一籌。下面，就隨小編一起回顧2015年國(guó)外十大3D打印技術(shù)。

　　一、德國(guó)3D打印人造血管正式面世

　　德國(guó)弗朗霍夫激光技術(shù)研究所研究人員成功利用3d打印技術(shù)制造出人造血管。據(jù)悉，人造血管多分叉結(jié)構(gòu)借助于計(jì)算機(jī)的模擬設(shè)計(jì)，完全按照真實(shí)的血管結(jié)構(gòu)打印。打印血管所用的材料是丙烯酸酯基的合成聚合物，這種材料可以使血管表面分布許多直徑數(shù)百微米的微孔。同時(shí)利用這種材料，研究人員首次成功地打印出了與真實(shí)血管功能類似的人造血管。這一技術(shù)突破有望廣泛應(yīng)用在治愈皮膚創(chuàng)傷、人工皮膚再造和人造器官等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

　　二、澳洲科學(xué)家3D打印腦組織研究獲重大突破

　　澳大利亞ARC電材料科學(xué)卓越中心（ACES）的研究人員已經(jīng)找到一種方法通過(guò)3D打印神經(jīng)細(xì)胞來(lái)復(fù)制和模擬腦組織。盡管能夠以物理的形式3D打印出這些，甚至構(gòu)成細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)驚人的成就，但是能夠?qū)崿F(xiàn)它們的是3D設(shè)計(jì)與3D打印，如果沒(méi)有這兩種技術(shù)協(xié)同工作，魔術(shù)根本不會(huì)發(fā)生。

　　到目前為止，研究人員已經(jīng)能夠創(chuàng)建出定制的3D生物油墨，這種油墨包含真正的真正的糖類物質(zhì)，并可以在細(xì)胞培養(yǎng)工廠里進(jìn)行處理。研究人員已經(jīng)能夠用它打印出六層深的細(xì)胞3D結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅能夠精準(zhǔn)、正確地?cái)U(kuò)展，而且能夠很好地保護(hù)和固定腦細(xì)胞。

　　雖然離3D打印大腦仍有很長(zhǎng)的一段路要走，但是，獲得組織腦細(xì)胞、從而使它們形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能力已經(jīng)是一個(gè)非常顯著的進(jìn)步。3D打印腦組織研究強(qiáng)調(diào)了將3D打印技術(shù)與材料科學(xué)的最新進(jìn)展相結(jié)合，以獲得生物學(xué)研究成果的重要性，這為更為復(fù)雜的3D打印機(jī)創(chuàng)建具有更精細(xì)的分辨率結(jié)構(gòu)鋪平了道路。

　　三、MIT研發(fā)出世界首個(gè)光學(xué)透明玻璃3D打印技術(shù)

　　麻省理工學(xué)院的研究員開(kāi)發(fā)出了一種使用玻璃材質(zhì)進(jìn)行3D打印的技術(shù),這項(xiàng)新技術(shù)名為“3DGP”，它跟傳統(tǒng)的塑料3D打印方式一樣，但是不同的是，用玻璃代替了塑料作為打印材料。

　　具體來(lái)講，這項(xiàng)技術(shù)使用了一種由玻璃構(gòu)成的融化物，然后通過(guò)調(diào)制和改變打印厚度來(lái)加層。這臺(tái)3D打印機(jī)包含了兩個(gè)堆積在一起的加熱器，上面的加熱器可以加熱溫度最高達(dá)到1900華攝氏度，充當(dāng)一種“窯筒”，底層的加熱器用來(lái)加熱和冷卻打印材質(zhì)，已達(dá)到軟化和凝固玻璃材質(zhì)的目的。

　　據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，這項(xiàng)全世界首個(gè)光學(xué)透明玻璃打印技術(shù)擁有非常大的潛力。

　　四、英國(guó)科學(xué)家研發(fā)3D打印高效石墨烯電池

　　在人類科技突飛猛進(jìn)的今天，電池技術(shù)一直沒(méi)有跟上來(lái)，阻礙了很多行業(yè)的發(fā)展，比如智能手機(jī)用戶抱怨最多的就是電池的使用壽命，因?yàn)殡姵乩m(xù)航能力差，我們不得不每隔一段時(shí)間就給手機(jī)充一次電，此外，由于缺乏可靠的電池，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)在過(guò)去幾十年里幾乎沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

　　終于，來(lái)自英國(guó)曼徹斯特城市大學(xué)的電化學(xué)與納米技術(shù)教授Craig Banks帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出高容量的電池將會(huì)消除這個(gè)痛點(diǎn)，因?yàn)樗谑褂玫牟牧鲜巧衿娴氖?，而他采用的技術(shù)則是3D打印。

　　五、德國(guó)超聲波3D打印技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合

　　德國(guó)Fabrisonic研發(fā)出了一種能融合金屬箔的超聲波系統(tǒng)，將鋁、銅、不銹鋼以及鈦等冶金材料鍛造成高密度3D物件。這種固態(tài)3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)具有完全密度的真正冶金結(jié)合，并可以用于多種金屬材料，比如鋁、銅、不銹鋼、鈦等等。

　　使用這種3D打印技術(shù)，F(xiàn)abrisonic可以用一系列連續(xù)的金屬箔帶生成實(shí)體對(duì)象，從而制造出金屬零部件。它的基本過(guò)程類似于3D打印方法，都是先通過(guò)CAD模型來(lái)構(gòu)造一個(gè)詳細(xì)的3D對(duì)象，然后通過(guò)一系列的機(jī)械操作將其打造出來(lái)。首先，操作人員需要將基板固定在機(jī)器的砧座上，然后將箔帶拉到焊接角的下方，由后者向下施加壓力，與此同時(shí)，一組超聲波換能器將特殊的超聲波震動(dòng)也施加到這些金屬箔片上。

　　在機(jī)械壓力和超聲波力的作用下，該箔片會(huì)跟構(gòu)建板貼合在一起。該機(jī)器會(huì)重復(fù)這一過(guò)程，直到整個(gè)區(qū)域都被多層金屬鉑覆蓋，之后再用CNC銑床用來(lái)除去過(guò)量箔和實(shí)現(xiàn)該層所希望的形狀。這種超聲波焊接、銑的過(guò)程會(huì)重復(fù)進(jìn)行，先在每層一條條地排列箔帶，然后再在垂直方向上一層層堆疊，直到完成完整的3D對(duì)象。每層之間箔帶的排列必需錯(cuò)開(kāi)以使接縫不止于重疊，這就消除了結(jié)構(gòu)中的任何潛在弱點(diǎn)。

　　六、微米級(jí)3D打印新技術(shù)“嶄露頭角”

　　加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的生物工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新型的3D打印技術(shù)，該技術(shù)可以制造出比人類的頭發(fā)絲寬度還小的復(fù)雜微觀對(duì)象。盡管傳統(tǒng)的3D打印方法也可以創(chuàng)建出非常復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)，但是在如此小的尺度（小于1毫米）上實(shí)現(xiàn)還是頭一次。使用一系列的微流控和光學(xué)技術(shù)，UCLA的科學(xué)家們能夠制造出100-500微米大小的對(duì)象，其細(xì)部特征甚至能夠達(dá)到10-15微米。

　　研究團(tuán)隊(duì)將該技術(shù)命名為瞬態(tài)光學(xué)液體成型（Optical Transient Liquid Modeling），它主要依靠照射圖案的紫外光、液態(tài)光敏聚合物材料和一款自定義軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為該技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)和各種工業(yè)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

　　七、日本成功突破超高溫3D打印塑形技術(shù)

　　據(jù)悉，東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所的新野俊樹(shù)教授等運(yùn)用3D打印機(jī)成功對(duì)具有150°C以上耐熱性的超級(jí)工程塑料完成了立體造形。相比切削和注塑成形等現(xiàn)有加工法，達(dá)到了80%左右的強(qiáng)度，可進(jìn)行復(fù)雜形狀的加工，有利于完成汽車、飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)周邊零部件等對(duì)耐高溫性有要求的生產(chǎn)。

熔點(diǎn)280℃、耐熱性150℃的聚苯硫醚(PPS)和熔點(diǎn)360℃、耐熱性200℃的聚醚醚酮(PEEK)成功完成了立體造形。造形方式為樹(shù)脂粉末照射激光后反復(fù)熔解、冷卻凝固，搭建立體形狀的粉末積層方法。爐內(nèi)保持200℃，通過(guò)激光升高至約400℃使樹(shù)脂粉末熔解。增加激光面積，使能量均勻分布后，粉末可高效率地吸收熱能使樹(shù)脂熔解。對(duì)強(qiáng)度試驗(yàn)用的規(guī)格試驗(yàn)片造形后，確認(rèn)強(qiáng)度達(dá)到其他加工法的約80%。

　　八、LLNL：3D打印石墨烯氣凝膠微格

　　美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員是3D打印技術(shù)的忠實(shí)擁躉。今年4月，LLNL又宣布了一項(xiàng)3D打印應(yīng)用新突破，他們3D打印的輕量級(jí)石墨烯氣凝膠展現(xiàn)了超級(jí)可壓縮性，提供了高達(dá)90％的壓縮應(yīng)變。氣凝膠，是世界上密度最輕的固體，也被稱為“凝煙”，它是用氣體取代凝膠中的液體制成的，因此其重量的90%以上是空氣，這種極輕物質(zhì)具有一些杰出的特性。

　　通過(guò)3D打印制造出的石墨烯氣凝膠微格（microlattice）具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和高表面積，可以作為一種存儲(chǔ)能量的新載體，并可用于傳感器、納米電子學(xué)、催化、分離等應(yīng)用。

　　據(jù)了解，在氣凝膠上采用3D打印技術(shù)可以制造出無(wú)數(shù)復(fù)雜的氣凝膠架構(gòu)以供應(yīng)用，比如其機(jī)械性能和可壓縮性，這是從來(lái)沒(méi)有過(guò)的成就。

　　九、超級(jí)植入式打印技開(kāi)啟3D打印新革命

　　美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的科學(xué)家們找到了一種方法，可以用一臺(tái)3D打印機(jī)打印出精細(xì)的軟結(jié)構(gòu)。這種新型3D打印機(jī)能夠打印出傳統(tǒng)上“不可能”實(shí)現(xiàn)的形狀，比如為細(xì)管打結(jié)等。該技術(shù)主要是將噴嘴深入一種凝膠中進(jìn)行打印，這種凝膠能夠固化從噴嘴中擠出的油墨，最終產(chǎn)物是一種柔軟但穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。

　　這種植入式3D打印的概念--即在某種液體或固體物質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行3D打印的--非常值得研究人員進(jìn)一步完善。它改變了人們印象中的3D打印方式，不用再考慮將某種材料融化然后堆積出某種結(jié)構(gòu)，而只需要將材料從針/噴嘴中擠出，由（基質(zhì)材料）組成的空間就會(huì)將它留在指定的位置，就可以用它打印出任何結(jié)構(gòu)。

盤點(diǎn)2015年國(guó)外十大3D打印技術(shù)

　　研究人員認(rèn)為，該技術(shù)克服了3D打印的一些限制，并可能對(duì)組織工程有用，對(duì)神經(jīng)外科和癌癥研究人員會(huì)有很大的幫助。

　　十、多材料混合3D打印技術(shù)掀起一場(chǎng)大革命

　　美國(guó)研發(fā)出的主動(dòng)混合多材料3D打印機(jī)為全3D打印可穿戴設(shè)備和電子設(shè)備鋪平了道路，該打印機(jī)可以主動(dòng)整合不同的材質(zhì)和屬性，包括柔性和剛醒材料以及導(dǎo)電和非導(dǎo)電油墨等等，并且首次在3D打印的普通集體材料上打印嵌入式導(dǎo)體、電線和電池等。據(jù)了解，之前的3D打印技術(shù)有很多無(wú)法解決的多材料集成問(wèn)題，即如何在不停止打印過(guò)程的條件下實(shí)現(xiàn)柔性材料、剛性材料和電子電路的無(wú)縫和精確過(guò)渡等等，而這項(xiàng)技術(shù)一舉解決了這些問(wèn)題，為柔性機(jī)器人和可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了新的可能性。

　　多材料混合3D打印技術(shù)目前仍在探索當(dāng)中，但是可以看到，這種在打印產(chǎn)品中整合不同材料和性質(zhì)的能力將是3D打印技術(shù)的下一個(gè)前沿。

　　結(jié)語(yǔ)：

　　一個(gè)產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)，需要許許多多的科研人士不斷的去開(kāi)拓創(chuàng)新，正是因?yàn)橛辛诉@些孜孜不倦的耕耘，才有了全新的科技時(shí)代。3D打印是這個(gè)世紀(jì)的一大寵兒，在世界各國(guó)科學(xué)工作者和創(chuàng)客們的努力下，如今才走到了一個(gè)相對(duì)鼎盛的時(shí)期。時(shí)代在進(jìn)步，技術(shù)要發(fā)展，只有全力突破3D打印技術(shù)瓶頸，3D打印才能真正實(shí)現(xiàn)從概念走向應(yīng)用。