NO.1 中科院光固化3D打印提升100倍速

 

　　最近，中科院福建物構(gòu)所3D打印工程技術(shù)研發(fā)中心林文雄課題組在國內(nèi)首次突破了可連續(xù)打印的3D打印快速成型關(guān)鍵技術(shù)，并開發(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)。據(jù)了解，該3D打印機(jī)的速度達(dá)到了創(chuàng)記錄的600 mm/h，可以在短短6分鐘內(nèi)，從樹脂槽中“拉”出一個(gè)高度為60 mm的三維物體，而同樣物體采用傳統(tǒng)的立體光固化成型工藝(SLA）來打印則需要約10個(gè)小時(shí)，速度提高了足足有100倍!

 

　　傳統(tǒng)的SLA技術(shù)采用逐層固化、層層累積的方式來構(gòu)造三維物體，層與層之間需中斷光照射，然后在已固化區(qū)域表面重新覆蓋或填充精確、均勻的光敏樹脂，再進(jìn)行光照射形成新的固化層，這種方式系統(tǒng)復(fù)雜且耗時(shí)。2015年3月，美國Carbon3D公司最早提出“連續(xù)液面生長(zhǎng)技術(shù)”（CLIP）。該技術(shù)是通過透氧材料特氟龍引入氧氣作為固化抑制劑，在樹脂底部形成一層薄的液態(tài)抑制固化層，形成“固化死區(qū)”，避免已固化區(qū)域與底部粘連，使固化過程保持連續(xù)性，不僅解決了傳統(tǒng)SLA成型方式的一些缺陷，而且比傳統(tǒng)的3D打印速度快25—100倍，達(dá)到500mm/h。

 

　　而本次中科院塑造的新型成型技術(shù)能夠獲得最大打印速度超過600 mm/h，比美國Carbon3D公司發(fā)布的連續(xù)3D打印設(shè)備速度快約20%。

 

　　NO.2 機(jī)器人3D打印玻璃工藝問世

 

　　之前我們?cè)犝f過美國MIT在玻璃3D打印成型技術(shù)上有所突破，然而他們并不是唯一一家。弗吉尼亞理工大學(xué)和羅得島大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院也在這條研發(fā)道路上跨出了重要的一步，他們推出了一個(gè)基于機(jī)器人的3D打印玻璃程序，并且已經(jīng)取得了一定的成果。據(jù)了解，這項(xiàng)新技術(shù)被稱為六軸玻璃打印，在2013年由玻璃機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室提出，主要由Stefanie Pender和Nathan King兩人協(xié)作開發(fā)，目的就是找到玻璃材料和前沿制造技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)。

 

　　目前，他們研發(fā)的這項(xiàng)機(jī)器人結(jié)合3D打印技術(shù)創(chuàng)造玻璃制品雖然展現(xiàn)出來產(chǎn)品還比較粗糙，但這確實(shí)是一項(xiàng)意義非凡的創(chuàng)造。通常情況下，3D打印的過程都是靠噴頭的移動(dòng)形成具體的形狀，而他們是利用的一個(gè)機(jī)器人手臂，由于機(jī)器人手臂擁有高度的自由度與靈活性，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)架構(gòu)過于機(jī)械化的各種缺陷。這項(xiàng)技術(shù)的誕生不僅對(duì)于玻璃工藝品制造領(lǐng)域一大促進(jìn)，更能夠促進(jìn)3D打印技術(shù)與機(jī)器人加速融合。

 

　　NO.3 美科學(xué)家開發(fā)全新3D打印工藝！

 

　　眾所周知，目前主流的金屬3D打印采用的是激光或者電子束燒結(jié)技術(shù)，而使用高能量的激光或者電子束掃描金屬粉末床，使金屬粉末熔化然后粘結(jié)在一起冷卻成型進(jìn)而逐層打印。然而，這項(xiàng)技術(shù)或許將逐漸被淘汰掉。近日，美國西北大學(xué)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種全新的金屬3D打印方法，可以說完全顛覆了以往的技術(shù)，它完全摒棄了激光或者電子束，而是采用了一種特質(zhì)液體油墨和常見的熔爐分兩步進(jìn)行，第一步的成形方法和常見的FDM非常類似。

 

　　這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種混合了金屬粉末、溶劑和彈性體粘結(jié)劑(一種醫(yī)學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)用到的聚合物)的特殊油墨，這種油墨可以在室溫條件下直接用噴嘴擠出瞬間凝固，而其中因?yàn)槭褂昧藦椥泽w粘結(jié)劑，所以在這一階段打印出的3D對(duì)象可以高度折疊或彎曲成更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且可以高達(dá)數(shù)百層厚而不至于坍塌，然后將已經(jīng)形成的3D結(jié)構(gòu)放在普通熔爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，金屬粉末經(jīng)過加熱則會(huì)融化永久的粘結(jié)在一起。

 

　　傳統(tǒng)激光、電子束燒結(jié)雖然能形成極強(qiáng)的金屬3D結(jié)構(gòu)，但其成本高昂且耗時(shí)，而像一種中控的零部件使用這種方法還有一些限制，其次，用激光逐層加熱的方法會(huì)在不同的區(qū)域產(chǎn)生加熱和冷卻的應(yīng)力，破壞打印對(duì)象的微觀結(jié)構(gòu)。而使用這種新方法，在熔爐內(nèi)進(jìn)行加熱確保了均勻的溫度和致密結(jié)構(gòu)燒結(jié)，不會(huì)產(chǎn)生翹曲和開裂。并且，它可以一次使用多個(gè)擠出噴嘴，以更快速度打印出高達(dá)數(shù)米的3D結(jié)構(gòu)，唯一的限制可能就是熔爐的尺寸了。

 

　　NO.4 3D打印人體微器官和干細(xì)胞

 

　　過去，胚胎干細(xì)胞3D打印機(jī)只能制造平面排列或簡(jiǎn)單的堆積，這被稱為細(xì)胞“石筍”。如今，研究者聲稱他們首次開發(fā)出能夠用3D打印技術(shù)來裝填胚胎干細(xì)胞的方法。他們發(fā)明了一種胚胎干細(xì)胞3D打印機(jī)，能夠通過逐層構(gòu)建的方式來裝填干細(xì)胞，從而形成所需要的立體結(jié)構(gòu)。

 

　　這項(xiàng)研究是由北京清華大學(xué)（Tsinghua University）的孫偉教授和費(fèi)城德雷塞爾大學(xué)（Drexel University）的機(jī)械工程教授合作進(jìn)行，他們聲稱可以在可控條件下用3D打印來快速制造胚體，生產(chǎn)一模一樣的胚胎干細(xì)胞模塊，理論上這些模塊還可以像樂高積木一樣搭建組織甚至微器官。

 

　　實(shí)驗(yàn)中，研究者同時(shí)還用水凝膠打印了小鼠胚胎干細(xì)胞，這種材料與軟性隱形眼鏡的材料屬同類。而且，據(jù)他們的最新研究顯示，90%的細(xì)胞能夠在打印過程中存活下來，這些細(xì)胞會(huì)在水凝膠支架中增殖成胚體，還會(huì)分泌健康胚胎干細(xì)胞才會(huì)分泌的蛋白，而且還能將水凝膠再次溶解獲得胚體。

 

　　他們的下一步工作是研究怎樣通過改變打印和結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)整胚體的尺寸，以及怎么通過改變胚體尺寸來制造不同種類的細(xì)胞。這樣能夠促進(jìn)臨近的不同細(xì)胞同時(shí)生長(zhǎng)，為在實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)微器官奠定基礎(chǔ)。

 

　　NO.5  納米級(jí)金屬3D打印技術(shù)CytoSurge

 

　　最近，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院在3D打印領(lǐng)域頗為活躍，他們同樣也是業(yè)績(jī)赫赫：包括通過生物聚合物和軟骨細(xì)胞打造了一只耳朵和鼻子的生物打印； 通過在三維打印的基礎(chǔ)上加上合成物的局部控制的組合物（第四維度）和顆粒方向（第五維度）的材料設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的5D打?。灰约翱芍圃旄咝阅苡|摸屏的3D打印金銀納米墻技術(shù)。

 

　　專注于納米打印的CytoSurge公司的創(chuàng)始人DR. MICHAEL GABI 和 DR. PASCAL BEHR正是來自瑞士聯(lián)邦工學(xué)院。他們擁有的核心技術(shù)是專利的FluidFM技術(shù)，F(xiàn)luidFM技術(shù)是一種重塑微管的技術(shù)，F(xiàn)luidFM移液器微管有比人類頭發(fā)的直徑還要小500倍的孔徑。這種獨(dú)特的結(jié)合了力顯微鏡和微流控技術(shù)的技術(shù)提升業(yè)界的應(yīng)用程序到一個(gè)更高的水平，并帶來真正獨(dú)特的組合，F(xiàn)luidFM的應(yīng)用領(lǐng)域包括從單細(xì)胞生物到表面分析以及更多，帶來最苛刻的納米操縱任務(wù)實(shí)驗(yàn)的靈活性。

 

　　CytoSurge與瑞士聯(lián)邦工學(xué)院的聯(lián)合使得FluidFM技術(shù)與3D打印幾乎深度結(jié)合起來，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院通過整合FluidFM Probes到打印機(jī)上，這項(xiàng)技術(shù)不僅僅可以實(shí)現(xiàn)例如金、銀、銅這些金屬的納米級(jí)打印，還可以打印細(xì)胞和復(fù)合材料。這帶來了潛在的顛覆，從手表業(yè)，到生物打印，再到微機(jī)電以及更多行業(yè)。從此邁出了3D打印逐漸走向納米領(lǐng)域的腳步，即將為世界制造業(yè)創(chuàng)造廣闊的商業(yè)空間。