探秘全球最先進(jìn)的3D打印實(shí)驗(yàn)室-LLNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）是隸屬于加利福尼亞大學(xué)的，位于利弗莫爾。成立于1952年，LLNL最初是作為一個(gè)核創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的目的而建立的，隨著逐年的發(fā)展才分支到其他領(lǐng)域。但它仍然很大程度上是由美國(guó)能源部的資助下運(yùn)營(yíng)的，他們還負(fù)責(zé)許多國(guó)防項(xiàng)目的研究（如機(jī)場(chǎng)安全的創(chuàng)新和網(wǎng)絡(luò)間諜的預(yù)防），所以我們不難理解LLNL能夠公開給公眾來了解的部分并不多。            

作為全球領(lǐng)先的3D打印增材制造研究中心之一，LLNL配有三個(gè)3D打印實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室所從事的是具有前沿探索以及商業(yè)化轉(zhuǎn)化價(jià)值的研究。就在前不久美國(guó)能源部撥款220萬美元給LLNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室用于3D打印太陽能跟蹤器的研究。  

金屬、特殊材料、樹脂、生物打印-LLNL碩果累累

在3D科學(xué)谷看來，美國(guó)LLNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室堪比德國(guó)Fraunhofer研究所，是3D打印界首屈一指的研究力量。其共同點(diǎn)在于研究的領(lǐng)域具突破性，很少有其他的研究機(jī)構(gòu)與其類似。

LLNL的三個(gè)3D打印實(shí)驗(yàn)室的研究主要集中在金屬領(lǐng)域。其中的一個(gè)很好的工作成果是在短短的八天內(nèi)3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)縮小樣件，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)是個(gè)單一的部件，無需組裝。LLNL認(rèn)為這是一個(gè)制造奇跡，說明了3D打印改變游戲規(guī)則的潛力。當(dāng)然這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，即便是從外觀來看，鐘形的開口和彎曲的整個(gè)身體就很難通過傳統(tǒng)的方法加工出來。這個(gè)案例表明，3D打印不僅比現(xiàn)有的其他加工替代方案更具加工效率，而且整個(gè)制造成本只有10,000美元的成本，比起需要組裝的其他方案來更具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3D打印小型發(fā)動(dòng)機(jī)

不僅是應(yīng)用領(lǐng)域的研究，LLNL通過他們的建模能力、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和不確定性分析來優(yōu)化3D打印金屬零件，并加速認(rèn)證過程。目前，LLNL發(fā)現(xiàn)了是什么原因?qū)е陆饘俅蛴×慵�的微小缺陷，如何控制�?nèi)部的孔隙。這將3D打印金屬結(jié)構(gòu)提升到另一個(gè)高度，那就是產(chǎn)品的質(zhì)量可追溯，并且產(chǎn)品的打印質(zhì)量可重復(fù)。LLNL配備的3D打印設(shè)備也是最高端的，他們最新的設(shè)備具有一個(gè)“前饋”的系統(tǒng)，使它更容易定位缺陷和認(rèn)證零件。從數(shù)據(jù)分析到軟件控制，這一切的努力，都將3D打印推向大規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域。

當(dāng)前金屬3D打印的一大阻礙因素是粉末材料，不僅選擇的種類十分有限，而且專門為增材制造所研發(fā)的金屬粉末就更少了。LLNL研發(fā)非自然的微觀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)神奇的力學(xué)重量比。早在今年六月，LLNL已經(jīng)透露成功研發(fā)出輕質(zhì)彈性材料的蜂窩結(jié)構(gòu)。LLNL科學(xué)家使用沖擊載荷方法研究了工程晶格結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)屬性中材料的協(xié)同行為。研究的范圍中有兩種動(dòng)態(tài)屬性，其中一種是壓縮屬性，另一種是晶格結(jié)構(gòu)的彈性屬性。通過微米級(jí)的3D打印技術(shù)，LLNL科學(xué)家可以進(jìn)一步的操控晶格結(jié)構(gòu)，從而為這些材料帶來介觀尺度上的秩序性和周期性，超越傳統(tǒng)方法的設(shè)計(jì)的晶格結(jié)構(gòu)無序分布的材料。

LLNL還有一種獨(dú)特的打印方法，是將功能塑料、金屬陶瓷和油墨組合打印。就在過去的幾個(gè)月里，LLNL已成功研制3D打印泡沫，這種泡沫具有前所未有的熱絕緣和減震性能。LLNL還3D打印了一種小蘇打，可以捕獲有害的二氧化碳的排放量。這些功能性的3D打印在LLNL逐步展開，更多的創(chuàng)新即將到來。就在幾周前，LLNL和Giant Leap Technologies（GLT）簽署技術(shù)開發(fā)協(xié)議，探索太陽能光電微結(jié)構(gòu)的3D打印。

3D打印泡沫

3D打印蘇打

3D打印煙霧

國(guó)內(nèi)第一3d打印媒體南極熊了解：LLNL在嘗試不尋常的材料方面獲得了不斷的突破，早在2015年4月，LLNL就取得石墨烯材料應(yīng)用的突破，實(shí)驗(yàn)室的科研人員以石墨烯氣凝膠做為3D打印的材料，并按照設(shè)計(jì)好的架構(gòu)進(jìn)行3D打印。打印出的石墨稀微格具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和表面積，可以作為存儲(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。

除了金屬打印和特殊材料的打印，LLNL還研究樹脂的打印，在2015年，LNLL光學(xué)工程師Bryan Moran開創(chuàng)了一個(gè)新的SLA 3D打印技術(shù)稱為大面積投影微立體光刻（LAPμSL）并申請(qǐng)了專利，該方法可用紫外光創(chuàng)建出比以前常見的微立體光刻技術(shù)更大、更精細(xì)的3D對(duì)象。這項(xiàng)技術(shù)解決了大與精致的矛盾，有望將光敏樹脂3D打印的應(yīng)用在間接模具領(lǐng)域推向一個(gè)新的高度，包括那些中空的、極輕、高精、極復(fù)雜的大型部件的制造技術(shù)突破。


此外，LLNL的研究工作并不局限于無生命的金屬、樹脂、復(fù)合材料和特殊材料的打印。他們已經(jīng)通過3D打印干細(xì)胞技術(shù)來獲得血管的培養(yǎng)，這些血管可以用來給器官和組織供給營(yíng)養(yǎng)，從而為人類打印完整器官的探索又往前推進(jìn)了一步。

來源：3d科學(xué)谷& 3ders.org
衍生閱讀：
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