【3D打印高端演講】劉靜：室溫液態(tài)金屬的3D機(jī)電打印技術(shù)研究與應(yīng)用

【導(dǎo)讀】 6月下旬，世界3d打印大會(huì)在青島舉行。南極熊3D打印網(wǎng)也到了現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量的報(bào)道，詳情請(qǐng)看南極熊報(bào)道 http://www.dddyin.com/forum-103-1.html 。南極熊作為一個(gè)3d打印的專(zhuān)業(yè)媒體平臺(tái)，一直致力于推動(dòng)中國(guó)3D打印行業(yè)的發(fā)展。希望下面的一些內(nèi)容對(duì)大家有所啟發(fā)。


劉靜：各位嘉賓上午好，首先非常感謝張教授的介紹。

我是來(lái)自中國(guó)科學(xué)院理化研究所和清華大學(xué)，所以其實(shí)在之前我也在猶豫，我是一個(gè)純粹，或者說(shuō)我的團(tuán)隊(duì)是純粹在工程學(xué)方面的。但實(shí)際上3D打印確實(shí)提供了人們無(wú)限的想象，今天我想介紹一個(gè)跟現(xiàn)在，應(yīng)該說(shuō)國(guó)內(nèi)外完全不一樣的，或者說(shuō)是比較全新的一個(gè)內(nèi)容。所以我覺(jué)得有這個(gè)義務(wù)或者有一個(gè)必要跟咱們業(yè)界，尤其是非常有想象力的中國(guó)的，包括全世界的新一代的創(chuàng)新者，所以我想把這個(gè)技術(shù)來(lái)跟大家分享一下。這是我的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。

昨天我也去看了一下，應(yīng)該說(shuō)感謝咱們這次的組委會(huì)非常精心的準(zhǔn)備，為咱們3D打印的繁榮感到歡欣鼓舞，在此也感謝組委會(huì)的邀請(qǐng)，以至我有這樣一個(gè)機(jī)會(huì)跟大家一起來(lái)分享。

我今天想著重介紹的大家已經(jīng)可以看到，室溫液態(tài)金屬的3D機(jī)電打印技術(shù)研究與應(yīng)用，我們通過(guò)十幾年的努力，從最早的液態(tài)金屬，就像水一樣，一步一步的發(fā)展而來(lái)，所以它主題大概是這樣。

因?yàn)闀r(shí)間很緊，原來(lái)準(zhǔn)備的報(bào)告還是比較多的。我想介紹什么是液態(tài)金屬。我想大家看過(guò)這個(gè)可以知道，液態(tài)金屬已經(jīng)逐漸的進(jìn)入到人們的眼前。其實(shí)在十幾年前，當(dāng)我們第一次把它用在計(jì)算機(jī)芯片里去的時(shí)候大家還不是很了解，隨著技術(shù)的發(fā)展，它的價(jià)值正在大大的展現(xiàn)。在創(chuàng)意方面應(yīng)該會(huì)非常有用，但是一開(kāi)始我會(huì)先講一下技術(shù)方面，再跟大家分享一下我們文化創(chuàng)意的一些理解，所以我會(huì)講一下它的基本原理以及典型的應(yīng)用。

這就是3D打印，因?yàn)榇蠹曳浅Ｊ煜ぃ�所以我不再跟大家說(shuō)更多的，但是有一點(diǎn)大家可以注意到，包括我們昨天看了很多非常非常精彩的技術(shù)和裝備，但是有一個(gè)特點(diǎn)，可以歸結(jié)到兩大類(lèi)，一個(gè)就是非金屬，一個(gè)是金屬。非金屬基本上是塑料、幾何物這些，所以現(xiàn)在的3D打印在某種程度上是看，打出來(lái)以后我們?nèi)ビ^賞，但是問(wèn)一下工程學(xué)，它的功能怎么辦？另外還有一個(gè)，確實(shí)高溫，在一些非常重要的，尤其咱們國(guó)家的科學(xué)工程，令人非常嘆為觀止，所以我們可以把它用激光等等一系列的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬的打印，就是在右邊。

所以分兩大類(lèi)，但是這里面我們其實(shí)可以想象，我們忽略了一大類(lèi)，功能。所以現(xiàn)在的3D打印要賦予它心臟一定是功能。功能，在座大家手機(jī)、電腦全都是非常重要的。未來(lái)的3D打印，我說(shuō)3D打印其實(shí)三十年前就開(kāi)始，但是它很多還是一個(gè)結(jié)構(gòu)性的。這塊其實(shí)全世界非常非常多，我想沒(méi)有時(shí)間展開(kāi)，也醞釀著非常大的思想。

這個(gè)里面其實(shí)也是，比如說(shuō)印刷電子，所有的都可以歸納到正在制造，但是為什么印刷，我們可以把它歸納到印刷電子，過(guò)去一個(gè)電路板時(shí)間非常長(zhǎng)，而且污染。但目前的3D打印確實(shí)有的時(shí)候時(shí)間很長(zhǎng)，但是功能還達(dá)不到我們所想要的，所以最終極的目標(biāo)一定是功能型的直接打出，這也是我們一直在探索的。

當(dāng)然因?yàn)榇蠹矣懻摰?D打印會(huì)非常多，但是我想電的3D打印，或者說(shuō)用另外一種說(shuō)法，電的制造和印刷電子時(shí)間非常大。同樣它最重要的是材料，當(dāng)然還有打印技術(shù)，還有它一系列沒(méi)有邊界的，永無(wú)止境的創(chuàng)意和創(chuàng)造，材料方面是非常關(guān)鍵的。但是過(guò)去確實(shí)可以拿來(lái)印刷，形成電的，基本上全世界都走了一條路，就是這個(gè)，導(dǎo)電怎么辦？只能從它來(lái)走，但是目前還是有很多的問(wèn)題。比如說(shuō)現(xiàn)在的導(dǎo)電，導(dǎo)電力還比較低，而且非常貴，制造和應(yīng)用，打好以后稍微彎曲，比如說(shuō)在柔性電子這塊就會(huì)發(fā)生斷裂，而且成本很高。

新的方向是我們?cè)趲啄觊g提出來(lái)的，其實(shí)看到科學(xué)技術(shù)發(fā)展都是一點(diǎn)一點(diǎn)積累，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室一直在液態(tài)金屬，或者說(shuō)更機(jī)體的室溫液態(tài)金屬做了實(shí)際，逐漸的發(fā)展到現(xiàn)在。剛才講的金屬打印我要強(qiáng)調(diào)，它是非常高的熔點(diǎn)，上千度的，那它們?cè)趺椿旌显谝黄穑磕敲吹蜏鼗蛘哒f(shuō)低熔點(diǎn)、室溫就非常好的解決這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)然有的時(shí)候有偶然性也有必然性。全世界為什么沒(méi)有走到這條路？因?yàn)榇_實(shí)大家很少往這來(lái)走。其實(shí)我們最早是用它來(lái)冷卻超快的計(jì)算機(jī)，當(dāng)然那是很具體的工作，我不再去講更多。這是它的基本原理，所以非常有意思的，我們把英文單詞稍微縮寫(xiě)，翻譯過(guò)來(lái)可以翻譯成夢(mèng)之墨，確實(shí)是帶來(lái)了非常多新的應(yīng)用。它的導(dǎo)電力比常規(guī)的納米材料高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而且成本降了很多。

什么是液態(tài)金屬，就是流體，像水一樣，當(dāng)然不能喝，但是也沒(méi)有毒，大家不用去擔(dān)心。過(guò)去是被嚴(yán)重忽視的，所以大家用的話只是用它的一些氧化物，氧化物用的還是非常多，但是作為一種流體介質(zhì)，所以我覺(jué)得非常榮幸，我們的團(tuán)隊(duì)做了相當(dāng)多的工作，在國(guó)際上被廣泛的重視。

發(fā)展的歷史嚴(yán)格大概十幾年了，從十幾年前作為芯片，覺(jué)得液態(tài)金屬可能屬于能源、電子，屬于生物醫(yī)療，所以未來(lái)可能會(huì)進(jìn)入到一個(gè)，因?yàn)橐粋�(gè)材料一個(gè)時(shí)代。液態(tài)金屬不同于過(guò)去的金屬材料，所以我想它會(huì)迎來(lái)一個(gè)新的發(fā)展高峰。某些地方，國(guó)際上已經(jīng)把它認(rèn)為是十大顛覆性材料，有的把它排到之首，當(dāng)然還有其它等等一系列。所以我們?cè)谥�前，比如用到其它方面都有一些技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到市場(chǎng)，而且應(yīng)該說(shuō)在國(guó)內(nèi)外也是第一次。

這種技術(shù)現(xiàn)在我可以告訴大家，我們?cè)谟∷㈦娐罚�包�?D打印做了相當(dāng)大的嘗試，這是可以把電阻、電容、電感，當(dāng)然在3D的表面可以跟普通的材料來(lái)打印，包括做成各種各樣的振蕩器。當(dāng)然我們的最終目標(biāo)也是想把集成電路……當(dāng)然科學(xué)研究它是一步一步、一點(diǎn)一點(diǎn)的，早前我們?cè)诓牧系难芯可暇突�了太多的工夫，這個(gè)需要時(shí)間，但是它已經(jīng)拉開(kāi)帷幕。

包括我們?cè)谒�的制造方面，�?guó)內(nèi)為什么選擇在文化創(chuàng)意方面，我想希望這個(gè)技術(shù)給文化創(chuàng)意的同志提供一些工具，包括國(guó)際上，現(xiàn)在也有國(guó)際上的一些聯(lián)系。這個(gè)筆現(xiàn)在寫(xiě)出來(lái)可以導(dǎo)電，可以在任意一些好的表面，光滑的表面。右邊是我們老校長(zhǎng)，也是我們的老師，當(dāng)時(shí)到實(shí)驗(yàn)室來(lái)用我們的筆寫(xiě)出來(lái)的，其實(shí)要導(dǎo)電的話就很好，而且它彎曲以后導(dǎo)電非常不錯(cuò)。

這樣的技術(shù)其實(shí)在國(guó)際上大家還是比較重視的，左邊這位看到這個(gè)技術(shù)之后非常興奮，因?yàn)檫^(guò)去都是用納米的導(dǎo)電，但是可能確實(shí)遇到一些問(wèn)題，所以他專(zhuān)門(mén)寫(xiě)了一個(gè)故事。目前的精度可以在幾十微米。這個(gè)可以寫(xiě)到一些曲里拐彎的表面，所以我想這次我也想跟各位創(chuàng)意界的人士分享一下。

在這，我們提出適型化電子，所以大家想一下，隨著這種技術(shù)的誕生，它可以制造電子。同時(shí)它可以做一些傳感器，這是直接打印在紙上的傳感器。這是溫度傳感器，把不同的金屬，所以我們有不同的模式和材料，打出來(lái)可以進(jìn)行測(cè)量。其實(shí)未來(lái)可以測(cè)量一些地面、房屋，我們把這樣的技術(shù)打出來(lái)就可以做一些監(jiān)測(cè)。

包括在人體上，其實(shí)生物學(xué)工程有很多很多的應(yīng)用，包括你們從網(wǎng)上可以看到，最近的一些工作，全世界最主要的科學(xué)媒體都有介紹，當(dāng)然那跟打印沒(méi)有太多關(guān)系，我就不介紹了。其實(shí)這個(gè)最近皮膚電子學(xué)是一個(gè)非常大的領(lǐng)域，但目前為止大家還只是把這個(gè)技術(shù)給它用到，打印在機(jī)體上再貼到皮膚上。我們?nèi)绻�直接打在皮膚上就可以實(shí)行一些看護(hù)等等的。到目前為止應(yīng)該是第一種材料可以在皮膚上進(jìn)行打印。

當(dāng)然我們還可以進(jìn)行一些功能性的實(shí)驗(yàn)，比如說(shuō)人工肌肉，它的適應(yīng)性非常好，我們可以看到，這是全世界大家都在做的，但是它在發(fā)生變形，這是新的材料所帶來(lái)的一些新的東西。

現(xiàn)在我們?cè)傧胂�，能不能在任意表面上打�。繉?shí)驗(yàn)室在這方面做了很多的推進(jìn)，未來(lái)我們想在樹(shù)葉上，樹(shù)葉也可以變身為電路板，實(shí)際上目前已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí)。我們可以看到，可以在這個(gè)上面打印出來(lái)。所以這個(gè)創(chuàng)意的話，我想是同仁們的努力和想象。

所以這個(gè)技術(shù)，當(dāng)時(shí)也是被麻省理工學(xué)院的技術(shù)同仁覺(jué)得非常重要的一個(gè)技術(shù)，很有突破性，所以他們起了一個(gè)標(biāo)題，可以在各種表面打出來(lái)，包括做出一些透明。當(dāng)然MIT在評(píng)論的時(shí)候也說(shuō)這樣的技術(shù)沒(méi)有理由懷疑它不能很快的進(jìn)入市場(chǎng)。當(dāng)然我們作為國(guó)內(nèi)的研究，有時(shí)候在想怎么產(chǎn)業(yè)化做的更好，所以我想需要跟業(yè)界有更多的互動(dòng)。

電子方面，其實(shí)像國(guó)內(nèi)外那些廠家也在直接跟表面上制造電路，我想應(yīng)該有很多的創(chuàng)意。這是在樹(shù)葉上，粗糙的、光滑的，不同的材質(zhì)，這個(gè)已經(jīng)變成可行的創(chuàng)意。包括在3D制造，這是我們當(dāng)時(shí)提出的，這是開(kāi)放的，大家可以去看。當(dāng)時(shí)是第一次演示機(jī)電打印，或者室溫、金屬的3D制造，這個(gè)引起很大反響，包括國(guó)外很多媒體報(bào)道。這是它應(yīng)用的一些情況。

目前我們研制出這種，因?yàn)闃I(yè)界看來(lái)，大家都有這種需求。所以這個(gè)技術(shù)跟昨天大家看的可能不太一樣，大家看的是幾何物或者是材料，這是我們想提供給國(guó)內(nèi)、包括國(guó)際，給業(yè)界提供的。另外包括印刷電路板，這已經(jīng)變成現(xiàn)實(shí)，我們會(huì)委托給北京夢(mèng)之墨有限公司。

這是一個(gè)視頻，請(qǐng)?jiān)蹅兩晕⒎乓幌�，在這個(gè)過(guò)程里面我稍微解讀一下。這個(gè)其實(shí)是顯示的，這個(gè)還是最早的原型，這是當(dāng)時(shí)的打印，過(guò)去的PCB，可能成本很高，而且柔性不能打出來(lái)。像這樣的筆是可以把它打印出來(lái)的，我們可以研制相應(yīng)的東西，但是它用的不是軟件，是直接打印出來(lái)，可以打印出硬件，這就是一個(gè)創(chuàng)意。其實(shí)在功能性，比如說(shuō)在晚上我們希望貼上一些直接可以顯示的，這其實(shí)還是非常多的。這是《清明上河圖》，還有《萬(wàn)里長(zhǎng)城》。這是電路板，當(dāng)然如果說(shuō)到個(gè)人之間的通信，個(gè)人的DIY，都可以。這是《萬(wàn)里長(zhǎng)城》。

這是它的一些原理，所以現(xiàn)在它的性能已經(jīng)達(dá)到非常實(shí)用，但我想它只是一個(gè)開(kāi)始，還有很多的東西需要去做，精度還非常高。所以我想這是中國(guó)的文化創(chuàng)意，打開(kāi)思路之后會(huì)有很大的發(fā)展。所以我們?cè)谙�，我們的古人多么有�?chuàng)造力，今天我們的創(chuàng)造力跟西方的同事們相比略有下降，但是我想隨著發(fā)展是有可能的，所以大家可以看到像《萬(wàn)里長(zhǎng)城》，完全可以電子化，將會(huì)帶來(lái)很多很多，包括建筑的設(shè)計(jì)，所以其實(shí)帶來(lái)一些新的技術(shù)。這個(gè)白宮，右邊是我們打印出來(lái)的。當(dāng)然城市的裝飾，我想會(huì)有非常多的一些東西可以去做，包括一些圖騰，包括制造一些人們的文化、生活，當(dāng)然其它方面還有很多應(yīng)用，我想咱們緊貼文化創(chuàng)意。

在這里我想說(shuō)的，沒(méi)有很好的技術(shù)研究不會(huì)有非常好的技術(shù)，其實(shí)在這里面有很多很多創(chuàng)新的東西，所以我們發(fā)現(xiàn)完全像過(guò)去的終結(jié)者這樣的技術(shù)，可以達(dá)到一千倍表面積的變化，一張很大的薄膜，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)一些控制可以收縮到非常小的微球，這就是新的技術(shù)所帶來(lái)的。這個(gè)被上百個(gè)科學(xué)媒體，英文的，我們還沒(méi)在中文介紹這樣的技術(shù)。這都是一些新的材料所帶來(lái)的。包括中國(guó)的實(shí)驗(yàn)室做自我打印的機(jī)器。

這是中國(guó)的，咱們做成一個(gè)視頻，其實(shí)我們還沒(méi)去介紹，也許以后會(huì)做一些科普，但是這方面也有一些制造，延伸出一些新的特性。所以未來(lái)我想液態(tài)金屬這一塊我們應(yīng)該著力原始創(chuàng)新，尤其在國(guó)家越來(lái)越呼吁原始創(chuàng)新，也可以創(chuàng)造出一些在國(guó)際上引領(lǐng)的行業(yè)，尤其3D打印，具體說(shuō)到我們研究的液態(tài)金屬，我想這塊是可以做的。

其實(shí)從科學(xué)發(fā)展，大家老在討論第一次工業(yè)革命，第二次工業(yè)革命，第三次，當(dāng)然科技革命和工業(yè)革命是非常清楚的。第三次工業(yè)革命我一直非常堅(jiān)定不移地，把人們徹底解放出來(lái)的技術(shù)，應(yīng)該就是第三次工業(yè)革命最根本的。3D打印，包括機(jī)電打印或者液態(tài)金屬這一塊，我想業(yè)界應(yīng)該會(huì)作出非常重要的說(shuō)明。這塊的發(fā)展，我想可以用咱們習(xí)近平主席非常強(qiáng)的說(shuō)法，應(yīng)該是“創(chuàng)新，創(chuàng)新，再創(chuàng)新！”我想未來(lái)液體金屬的時(shí)代應(yīng)該是到來(lái)了，所以我們希望能夠用全新的技術(shù)和力量去改變世界，服務(wù)世界。

還有導(dǎo)電高分子
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