3D打印界國(guó)際十大創(chuàng)新與國(guó)內(nèi)五大創(chuàng)新（2016年上半年）

隨著3d打印技術(shù)的不斷地發(fā)展，3d打印技術(shù)上出現(xiàn)了一個(gè)有一個(gè)的創(chuàng)新突破。我們一起來(lái)回顧2016年上半年的3D打印界十大創(chuàng)新與國(guó)內(nèi)的五大創(chuàng)新。（排名不論先后）

國(guó)際十大創(chuàng)新1: 瑞士科學(xué)家3D打印金銀納米墻可制造更高性能觸摸屏

觸摸屏技術(shù)是依靠噴涂在設(shè)備表面的微型導(dǎo)電電極實(shí)現(xiàn)的。這種肉眼幾乎看不到的電極是由導(dǎo)電材料制成的納米墻組成的，而目前最常用的材料是氧化銦錫。它的透明度很高，但導(dǎo)電性較差。蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)(ETH)找到了一種可行的創(chuàng)新型方法——“納米液滴”3D打印。這種方法能夠以金、銀納米顆粒為原料3D打印出超薄的“納米墻”，從而制造出從未有過(guò)的透明導(dǎo)電電極，最終創(chuàng)造出畫面質(zhì)量更好、響應(yīng)更精準(zhǔn)的觸摸屏。ETH的新方法——以金、銀的納米顆粒為原料3D打印出納米墻卻沒(méi)有這樣的缺陷，因?yàn)樗�可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的透明度和導(dǎo)電性。

ETH這種納米3D打印技術(shù)的神奇之處不但可令金屬材料保持住原有的導(dǎo)電性，而且可將它們創(chuàng)建出透明的結(jié)構(gòu)。目前，研究者們已經(jīng)利用該技術(shù)成功3D打印出了厚度在80-500納米之間的超薄電極層。

2: 從樹(shù)脂到陶瓷，加州高溫陶瓷 3D 打印技術(shù)
位于加利福尼亞州Malibu的HRL 實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了可兼容與光固化/3D打印的樹(shù)脂配方，這種樹(shù)脂在3D打印后經(jīng)過(guò)過(guò)火可以生成致密的陶瓷部件。這是一個(gè)驚人的突破，因?yàn)樗�使能夠產(chǎn)生任意多邊形陶瓷部件，強(qiáng)大且無(wú)溫度彈性，陶瓷表面無(wú)任何加工，不需鑄造或嵌塞。

HRL 通過(guò)紫外線光固化快速成形陶瓷的preceramic monomers—”先驅(qū)體轉(zhuǎn)化聚合物”，通過(guò)這些聚合物制造的陶瓷均勻收縮，幾乎沒(méi)有孔隙度。并且可以形成迷你網(wǎng)格和蜂窩狀材料，不但形狀復(fù)雜，并且還表現(xiàn)高的強(qiáng)度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進(jìn)零部件、 熱防護(hù)系統(tǒng)、 多孔燃燒器、 微機(jī)電系統(tǒng)和電子設(shè)備獲得應(yīng)用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種陶瓷可以幫助設(shè)計(jì)者制造能抵御起飛過(guò)程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件。

3: 比現(xiàn)有系統(tǒng)快1000倍，麻省理工學(xué)院將重新定義三維掃描

當(dāng)前市場(chǎng)上大多數(shù)激光雷達(dá)系統(tǒng)（包括那些在自動(dòng)駕駛汽車上所安裝的雷達(dá)系統(tǒng)）使用的是離散自由空間光學(xué)元件，包括激光器、鏡頭和外部接收器。在這些硬件組合中，激光在震蕩的同時(shí)旋轉(zhuǎn)，這使得其掃描范圍和復(fù)雜程度受到限制。并且成本從1000美元到70000美元不等。

麻省理工學(xué)院的激光雷達(dá)芯片更小、更輕、更便宜，也有可能是更強(qiáng)大的，因?yàn)樾酒�中沒(méi)有移動(dòng)部件，速度是目前的激光雷達(dá)系統(tǒng)的1000倍，可以用來(lái)跟蹤高速移動(dòng)的車輛。

麻省理工學(xué)院的激光雷達(dá)芯片工作原理與硅光子技術(shù)密切相關(guān)，硅波導(dǎo)幾的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于光纖，這使得非常小的芯片上的光子電路具有類似于光學(xué)纖維的屬性。該技術(shù)的商業(yè)化也并不昂貴，可以在大量的CMOS晶圓代工廠生產(chǎn)，并解決如波導(dǎo)損耗和光隔離的問(wèn)題。

4: 將對(duì)智能設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大影響的麻省理工Cilllia毛發(fā)
靈感來(lái)自于自然界動(dòng)物以及人類的毛發(fā)，MIT研發(fā)的Cilllia毛發(fā)是通過(guò)光敏樹(shù)脂固化的技術(shù)打印出來(lái)的，通過(guò)將3D打印的精度控制到極其細(xì)微的程度，將這些毛發(fā)獲得微觀結(jié)構(gòu)的“可編程”，這樣毛發(fā)就展現(xiàn)了像具有神經(jīng)一樣的對(duì)壓力和對(duì)聲音的敏感度，并伴隨著外界的刺激發(fā)生彎曲改變。

然而Cilllia指的并不是毛發(fā)本身，而是建模軟件平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)上CAD設(shè)計(jì)的步驟，通過(guò)滑塊式界面，用戶可以很容易地將成千上萬(wàn)的毛發(fā)在短短幾分鐘內(nèi)設(shè)計(jì)完成，只需要確定毛發(fā)的角度、厚度、密度，和毛發(fā)的高度。

通過(guò)精心的設(shè)計(jì)毛發(fā)具備了“驅(qū)動(dòng)器”一樣的神奇作用，在一個(gè)直線方向上實(shí)現(xiàn)正向“驅(qū)動(dòng)”和反向“驅(qū)動(dòng)”，這對(duì)于動(dòng)力學(xué)是個(gè)創(chuàng)新領(lǐng)域，改變了以往我們需要電機(jī)或者其他的動(dòng)力裝置才能使得物體發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)狀。

5: 像生長(zhǎng)出來(lái)的3D打印軍用無(wú)人機(jī)

世界第三大國(guó)防承包商英國(guó)的BAE系統(tǒng)公司宣布他們正在開(kāi)發(fā)一款基于化學(xué)反應(yīng)的Chemputer，這款3D打印機(jī)可以在短短幾天之內(nèi)從無(wú)到有“生長(zhǎng)”出高度先進(jìn)的定制化無(wú)人機(jī)。

BAE系統(tǒng)公司投資開(kāi)發(fā)此項(xiàng)技術(shù)的目的是要在接近戰(zhàn)場(chǎng)的地方迅速建立軍事設(shè)備供給，并克服任何地理、技術(shù)或數(shù)字的劣勢(shì)，Chemputer打印無(wú)人機(jī)的設(shè)想是功能性強(qiáng)，飛行速度快，超高高度以及快速反應(yīng)，目的是要克服今天的軍事環(huán)境的生產(chǎn)限制。

打印產(chǎn)品也不僅僅局限于簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，而是包括復(fù)雜的電子系統(tǒng)的生產(chǎn)。同時(shí)，打印材料是環(huán)保和可回收的，除了打印一架完整的無(wú)人機(jī)機(jī)身外，打印機(jī)也可以用于生產(chǎn)大型載人飛機(jī)的部件，這為此項(xiàng)技術(shù)走向民用打開(kāi)了空間。

6: 離子交換膜3D打印技術(shù)

美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種離子膜3D打印技術(shù)，可以靈活而快速的在離子交換膜表面打印各種3D圖案，以提高性能。

科研團(tuán)隊(duì)表示，這種3D打印技術(shù)與當(dāng)前常見(jiàn)的SLA（光固化）3D打印技術(shù)類似，打印材料是可光固化的離子聚合物混合物，當(dāng)該混合物暴露在一臺(tái)光投影儀之下的時(shí)候，3D打印機(jī)將設(shè)計(jì)好的圖案投射并選擇性地固化在其表面上。表面圖案能夠增加膜的電導(dǎo)率多達(dá)1—3個(gè)數(shù)量級(jí)（factor）。

3D科學(xué)谷了解到使用這種3D打印技術(shù)制作的離子交換膜模型是第一個(gè)可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個(gè)簡(jiǎn)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。這一方法帶給離子交換膜設(shè)計(jì)者一個(gè)設(shè)計(jì)工具，可以幫他們不斷創(chuàng)新、設(shè)計(jì)出新的圖案，以進(jìn)一步改進(jìn)材料的內(nèi)在化學(xué)特性。

7: 迪士尼近瞬時(shí)樹(shù)脂打印技術(shù)

美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種離子膜3D打印技術(shù)，可以靈活而快速的在離子交換膜表面打印各種3D圖案，以提高性能。

科研團(tuán)隊(duì)表示，這種3D打印技術(shù)與當(dāng)前常見(jiàn)的SLA（光固化）3D打印技術(shù)類似，打印材料是可光固化的離子聚合物混合物，當(dāng)該混合物暴露在一臺(tái)光投影儀之下的時(shí)候，3D打印機(jī)將設(shè)計(jì)好的圖案投射并選擇性地固化在其表面上。表面圖案能夠增加膜的電導(dǎo)率多達(dá)1—3個(gè)數(shù)量級(jí)（factor）。

使用這種3D打印技術(shù)制作的離子交換膜模型是第一個(gè)可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個(gè)簡(jiǎn)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。這一方法帶給離子交換膜設(shè)計(jì)者一個(gè)設(shè)計(jì)工具，可以幫他們不斷創(chuàng)新、設(shè)計(jì)出新的圖案，以進(jìn)一步改進(jìn)材料的內(nèi)在化學(xué)特性。

8: 用于非常復(fù)雜部件打印的德國(guó)Fraunhofer多材料打印技術(shù)

德國(guó)Fraunhofer研究所和IKTS 系統(tǒng)研究所研發(fā)了一項(xiàng)3D打印新技術(shù)，不僅可以打印骨科植入物、假牙、手術(shù)工具等醫(yī)療產(chǎn)品，還可以打印微反應(yīng)器這樣非常復(fù)雜、微小部件。

Fraunhofer研究所研發(fā)的這項(xiàng)3D打印技術(shù)可打印的材料是陶瓷或金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點(diǎn)的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時(shí)就會(huì)融化成為液體。在打印過(guò)程中，打印機(jī)的電性溫度熔化了粘合劑，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來(lái)。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對(duì)象就這樣被點(diǎn)對(duì)點(diǎn)逐漸打印出來(lái)。

9: 波音懸浮式3D打印技術(shù)

2016年初，波音公司成功獲批了一項(xiàng)超前的3D打印技術(shù)專利。它與以往任何3D打印技術(shù)都不同，在3D打印過(guò)程中沒(méi)有任何實(shí)體的打印構(gòu)建平臺(tái)，在打印過(guò)程中，打印對(duì)象還可以做空中翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。

在打印時(shí)，打印頭首先擠出一塊材料，通過(guò)磁場(chǎng)的力量，這塊打印材料被懸浮在空中，然后由圍成一圈的多個(gè)打印頭，從不同的方向?qū)⑵溆嗖牧现饘映练e在這塊材料上。打印材料是抗磁性材料，經(jīng)過(guò)超級(jí)冷卻之后變成超導(dǎo)體。通過(guò)磁場(chǎng)還可以旋轉(zhuǎn)3D打印對(duì)象，并將材料沉積在打印對(duì)象底部，實(shí)現(xiàn)360度無(wú)死角的3D打印。

無(wú)死角的3D打印技術(shù)好處是完全突破對(duì)形狀的限制，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜零部件的整體3D打印。除此之外，通過(guò)多個(gè)3D打印頭同時(shí)在不同方向上進(jìn)行3D打印，將顯著提升打印速度。

10: 哈佛大學(xué)帶血管的人工組織3D打印

2016年哈佛大學(xué)獲得最新的突破，可以打印出維持生物學(xué)功能的并可以存活超過(guò)六個(gè)星期的組織。哈佛大學(xué)的研究人員在整個(gè)打印過(guò)程中使用了三種生物墨水。其中第一種墨水含有細(xì)胞外基質(zhì)，這是一種由水、蛋白質(zhì)和碳水化合物構(gòu)成的復(fù)雜混合物，用于連接每個(gè)細(xì)胞，從而形成一個(gè)組織。第二種墨水包含細(xì)胞外基質(zhì)和干細(xì)胞。第三種用于打印血管，這種墨水在冷卻過(guò)程中融化，所以研究人員可以從冷卻的物質(zhì)中將墨水抽出來(lái)，并保留空心管 。

研究人員將包含細(xì)胞外基質(zhì)的墨水填充進(jìn)模具。最終培養(yǎng)出內(nèi)部充滿毛細(xì)血管的人工組織。研究人員通過(guò)硅膠模具兩端的出入口向該組織輸入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以保證細(xì)胞存活。人工血管將通過(guò)將細(xì)胞生長(zhǎng)因子運(yùn)送至整個(gè)人工組織，促進(jìn)干細(xì)胞的定向分化，從而形成更厚的組織。

國(guó)內(nèi)五大創(chuàng)新

1: 中科院福建物構(gòu)所研發(fā)出更快打印技術(shù)

中科院福建物構(gòu)所3d打印工程技術(shù)研發(fā)中心林文雄課題組宣布在國(guó)內(nèi)首次突破了可連續(xù)打印的三維物體快速成型關(guān)鍵技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出了一款超級(jí)快速的連續(xù)打印的數(shù)字投影（DLP） 3d打印機(jī)。

具體的打印技術(shù)原理是：利用DLP投影系統(tǒng)提供照射光源，照射樹(shù)脂槽底部的構(gòu)建區(qū)域形成固化區(qū)域；同時(shí)通入氧氣或空氣，氧氣或空氣透過(guò)半滲透性透明元件進(jìn)入樹(shù)脂槽，在內(nèi)底面和固化區(qū)域之間形成一層幾十微米厚的抑制固化層。由于液態(tài)抑制固化層的存在，固化區(qū)域與樹(shù)脂槽底部能輕松無(wú)損傷分離，實(shí)現(xiàn)全程固化的高速連續(xù)性，福建物構(gòu)所稱他們獲得最大打印速度超過(guò)600 mm/h，比美國(guó)Carbon 3D公司發(fā)布的連續(xù)3d打印設(shè)備速度快約20%。

2: 中國(guó)首家完全基于云的在線建模軟件GeekCAD

國(guó)內(nèi)首家完全基于Web的在線建模軟件。GeekCAD(geekcad.com)于2015年底開(kāi)始邀請(qǐng)部分用戶試用，2016年正式發(fā)布Beta版本。GeekCAD的愿景是讓所有人都可以很容易地進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，任何人直接打開(kāi)瀏覽器就可以建模，并能分享設(shè)計(jì)給任何人。

GeekCAD基于云的CAD采取類似于SAS (service as sales)的商業(yè)模式，用戶不需要花費(fèi)高昂的購(gòu)買正版軟件的一次性費(fèi)用，也無(wú)需下載或安裝軟件。用戶即使使用非專業(yè)配置級(jí)別的硬件也可以隨心所欲的建模，省時(shí)、方便、節(jié)約金錢。中英文兩種界面以及社區(qū)化的創(chuàng)客展示空間，對(duì)于3D打印進(jìn)入學(xué)校教育，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力是最佳的選擇。

3: 塑成科技的高硬度3D打印樹(shù)脂材料

Carbon公司的CEO Joe Desimone的同門師弟海倫在美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)博士畢業(yè)后，2016年回北京創(chuàng)辦了塑成科技。塑成科技針對(duì)光固化3D打印市場(chǎng)材料普遍存在的包括硬度、抗拉伸強(qiáng)度、耐磨程度、耐溫性等方面的問(wèn)題，研發(fā)具備功能性的新型材料。塑成科技研發(fā)的高硬樹(shù)脂、高韌樹(shù)脂兩大類光固化3D打印材料，有著非常明顯的優(yōu)越性能。

4: 華中科大具有鍛件性能的金屬零件3D打印

2016年7月，7月22日華中科技大學(xué)通報(bào)，由該校數(shù)字裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的金屬3D打印新技術(shù)“智能微鑄鍛”，近日成功3D打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。有望改變國(guó)際上由西方國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)的金屬絲3D打印格局。

經(jīng)由這種微鑄鍛生產(chǎn)的零部件，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和性能均穩(wěn)定超過(guò)傳統(tǒng)鑄件。同時(shí)，該技術(shù)以金屬絲材為原料，材料利用率達(dá)到80%以上。由于這一技術(shù)能同時(shí)控制零件的形狀尺寸和組織性能，大大縮小了產(chǎn)品周期。制造一個(gè)兩噸重的大型金屬鑄件，過(guò)去需要三個(gè)月以上，現(xiàn)在僅需十天左右。

3D科學(xué)谷認(rèn)為華中科技大學(xué)的“智能微鑄鍛”技術(shù)或類似于Sciaky的EBAM技術(shù)，這種以金屬絲為原材料的增材制造技術(shù)，無(wú)需模具的自由近凈成形，且全數(shù)字化、高柔性，打印的零件材質(zhì)全致密、沒(méi)有宏觀偏析和縮松，具有較高的性能等都帶來(lái)代替航空領(lǐng)域鍛造技術(shù)的可能。

5: 北京大學(xué)第三醫(yī)院的關(guān)節(jié)融合器3D打印技術(shù)

寰樞關(guān)節(jié)脫位（atlantoaxial dislocation，AD）是指頸椎的第一節(jié)（寰椎）、 第二節(jié)（樞椎）之間的關(guān)節(jié)失去正常的對(duì)合關(guān)系，從而引起延髓、高位頸脊 髓受壓，椎動(dòng)脈走向和血流動(dòng)力學(xué)改變；輕則出現(xiàn)眩暈或暈厥，嚴(yán)重情況下 可以導(dǎo)致四肢癱瘓、甚至呼吸衰竭而死亡。由于其致殘、致死率高，寰樞關(guān) 節(jié)脫位在世界范圍內(nèi)是脊柱外科研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

北京大學(xué)第三醫(yī)院提供的一種能夠僅通過(guò)一次 手術(shù)完成固定融合且融合生物力學(xué)好的關(guān)節(jié)融合器在2016年2月獲得專利局的生效批準(zhǔn)。該發(fā)明的托塊上設(shè)置融合孔，可方便置入松質(zhì) 骨或供植入部位相鄰的骨質(zhì)長(zhǎng)入，從而實(shí)現(xiàn)骨與植入物的融合，一次手術(shù)實(shí) 現(xiàn)固定和融合，而且采用楔形塊結(jié)構(gòu)，使得松質(zhì)骨受壓應(yīng)力，利于融合。

來(lái)源：3d科學(xué)谷
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