2016年3D列印行業十大突破

OFweek3D列印網訊 3D列印可以稱為數字製造或增材製造，是快速成型技術的一種。隨著3D列印行業的快速發展，國內外研究人員針對3D列印的各類研究也持續進行著，並取得了諸多進展。接下來，小編將帶大家一起回顧2016年里3D列印技術研究的十大突破。

1、金屬3D列印基礎研究獲重大突破

日前，來自美國勞倫斯?利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個研究團隊宣布，他們正在研究一項困擾著常見金屬3D列印技術的重大問題。據悉，他們的發現將發表在8月份的《Acta Materialia》，並有可能加快3D列印技術的應用。

據了解，基於PBF的3D列印技術在市場上有幾種形式，比如EOS的直接金屬激光燒結（DMLS）、Arcam的電子束熔融（EBM）、SLM Solutions的多光束選擇性激光熔融（SLM）等。像Stratasys在其德州Austin的合同製造工廠里就有很多台DMLS機器。

據實驗顯示，當激光熔融這些粉末時，即使金屬熔池的溫度冷卻下來，其產生的氣流超出熔池的部分也會給它帶來金屬顆粒。而冷卻的熔池意味著這些顆粒不會完全熔化。這一現象也是首次在科研文獻中被公開，據信這就是金屬3D列印部件表面粗糙度和孔隙產生的原因。科學家們稱，這項研究非常重要，因為對於構建空間內不斷變化的環境條件的了解可以讓系統獲得對金屬3D列印對象更精確的控制，從而可以實現耐用部件的可重複列印。

2、新複合材料可3D列印「超彈性骨頭」

近日一篇刊登在《ScienceTranslationalMedicine》上的研究論文顯示，一種被稱為「超彈性骨頭」的新複合材料將為重建手術帶來一個新的突破。這種「超彈性骨頭」 主要利用一種叫做羥基磷灰石的天然礦物生成，可以被植入到皮下作為骨頭生長的支架，或是取代失去的骨頭。

研究人員通過多次實驗證明， 3D列印出來的骨支架上細胞不僅非常容易生長－－數周后就填滿了目標區域，而且還能自行終止骨骼礦物質的生長。同時，研究人員還在實際外科手術中成功測試了這種新材料。

然而不管上面這些實驗多麼成功，它們在數量上還是太過局限，最終該材料還是要經過人體實驗才算真正的成功。對此，研究論文作者之一Ramille Shah表示，希望能在5年內對人體進行測試。

3、哈佛大學3D列印厚實血管組織問世

日前，哈佛大學John A． Paulson工程與應用科學學院（SEAS）與哈佛Wyss生物工程研究所組成的一個科學家團隊已經發明了一種方法，可以用人類幹細胞、細胞外基質和內襯血管內皮細胞的循環通道3D列印出厚實的血管化組織構造。最終形成的包含在深層組織內的血管網路能夠使液體、營養物質和細胞生長因子均勻地灌注於整個組織。這項重大突破已經於2016年3月7日發表在了《 Proceedings of the National Academy of Sciences》雜誌上。

該方法將血管管路與活細胞和細胞外基質結合起來，使該結構能夠像活體組織那樣發揮作用。在研究中，Lewis及其研究團隊證明，他們3D生物列印的組織可以維持像活組織結構那樣的功能超過六個星期！

值得一提的是，擁有這種在組織內的預製血管，能有效增強組織深層的細胞功能，並通過灌注營養物質和生長因子等物質全面調節這些細胞的功能。

4、Optomec突破性技術可3D列印微米級智能結構

2016年8月16日，全球領先的3D列印電子及金屬3D列印系統供應商Optomec公司宣布，其氣溶膠噴射技術（Aerosol Jet Technology）已經可以實現在微米尺度上帶嵌入電子元件的3D聚合物和複合結構的列印。這一突破將為電子和生物醫藥行業開發成本更低、尺寸更小的下一代產品帶來巨大的應用前景。

據稱，這種直接的數字方法優化了製造工藝，減少了生產步驟和材料用量，因此氣溶膠噴射3D微結構列印技術也是一種經濟的、綠色技術。且氣溶膠噴射3D微結構列印技術具有超高的解析度，可以實現最低10微米的側面特徵尺寸，其橫向和垂向構建解析度分別在1微米到100納米之間，而且可以實現超過100：1的長寬比。此外，這種3D微結構也可以在現有部件和產品（比如半導體晶元、醫療設備或工業零部件）上列印。

5、新型3D列印技術突破現有金屬零部件製造瓶頸

激光製造技術已成為新一代高端製造技術之一。近期，浙江工業大學機械工程學院姚建華教授率研究團隊提出了「基於超音速激光沉積的金屬增材製造技術基礎研究」，將目光瞄準了「超音速冷噴塗＋激光技術」這種新型的3D列印技術，有效突破現有金屬零部件製造瓶頸。

據姚建華介紹，目前課題組是國際上首個提出將超音速冷噴塗沉積與激光技術相結合實現金屬3D列印的觀點。在前期基礎研究基礎上，協同創新中心將聯合劍橋大學合作等國內外頂級團隊，通過對超音速動量場與高能激光束溫度場等多能量場耦合關係、沉積層顆粒和沉積層之間的固態結合機理以及增材製造形成過程中缺陷及應力的產生機制等科學問題的研究，獲得實現增材製造必須的工藝及質量控制方法，打破現有金屬零部件增材製造技術瓶頸，最終利用該技術實現高端裝備關鍵零部件的高效率、高品質、低成本智能化增材製造，為浙江乃至全國製造業轉型升級提供關鍵技術支撐。

6、納米3D列印材料獲批量生產力

納米顆粒是一種十分神奇的人工物質，其價格非常昂貴，且產量十分有限。為此，由Noah Malmstadt教授領導的科研團隊積極探索、攻堅克難，終於找到了一種包含3D列印技術在內的新方法，不但能大大降低納米顆粒的製造成本，而且有望實現大量生產。

據了解，這種微型3D列印導管是使用光固化（SLA）技術製做的，具有均勻的網路結構。同時，納米顆粒還有一個優點，就是在使用燒結技術加工時，比現在的大尺寸粉末顆粒需要的溫度更低，時間更短―這對於選擇性激光燒結（SLS）3D印表機來說無疑是天大的好消息，因為用了這種納米顆粒粉末，SLS設備的成本和能耗就能降低，同時製造時間也能縮短。所以此次USC的突破性研究可謂意義十分重大。

7、德國最新3D列印技術實現個性化醫療

近期，德國Fraunhofer陶瓷技術和IKTS系統研究所研發了一項3D列印新技術，不僅可以列印骨科植入物、假牙、手術工具等醫療產品，還可以列印微反應器、內窺鏡手術器械這樣非常複雜、微小部件。

目前Fraunhofer研究所正在尋找合作夥伴，共同轉化這項新技術，所以3D列印設備和材料的真面目尚未揭曉。

8、金屬3D列印可溶性支撐成為現實

日前，研究人員們剛剛完成了一個可溶性碳鋼結構的概念證明，這一結構是用來支撐3D列印不鏽鋼部件的。據悉，這是第一種可溶性金屬支撐解決方案，在這個方案中，碳鋼可以通過一種基於硝酸和氧氣泡的電化學刻蝕技術去除掉――而且不會影響不鏽鋼。

這一顯著的突破，被發表在了一篇名為《3D直接金屬列印的可溶性金屬支撐（DissolvableMetalSupportsfor3DDirectMetalPrinting）》的論文里，研究人員在論文中展示了一個帶90度伸出結構的3D列印金屬對象。作者們認為，這一突破將為重要的金屬3D列印創新鋪平道路。尤其是，他們認為該技術將大大減少後處理需要的工作量，從而提高金屬3D技術創建非常複雜結構的能力。

據了解，使用特定的化學溶液，這同樣的原則可以適用於更廣泛的金屬和甚至氧化物。

9、微觀生物3D列印領域獲新突破

近日，英國謝菲爾德大學（University of Sheffield）的科學家們在開發可以在生物環境中安全地使用的蠶絲微型火箭上取得了重大突破。通過使用創新的3D噴墨列印方法，該校的化學和生物工程研究人員在製造微觀蠶絲游泳裝置方面向前邁出了一大步。

據了解，這種蠶絲裝置可降解，而且對其所處的生物環境完全無害。這意味著，這些裝置將來可能在被用於人體內部的一些應用當中，比如傳遞藥物和定位癌細胞等。且這一新技術使得研究人員可以使用安全、無毒的材料，即意味著該微型火箭不會對任何活組織或生物環境造成傷害或損害。

10、愛爾蘭科學家3D列印出複雜的大型軟骨植入物

近日，一支來自都柏林先進材料與生物工程研究（AMBER）中心的團隊開發出了一種新技術，該技術可以3D列印出複雜的大型軟骨植入物，這種植入物可以形成支架供骨骼再生。科學家們認為，這項研究會對那些患有嚴重的脊髓、頜骨或顱骨問題的病人產生深遠的影響，它的應用也將非常廣泛，從普通損傷到癌症、甚至包括先天缺陷等。該團隊希望能夠將該技術用於下一代的髖關節和膝關節植入物。

據了解，AMBER團隊採用3D生物列印技術沉積不同的生物材料和成人幹細胞以製造出可匹配脊柱內段形狀的軟骨模板，隨後將模板植入皮膚下，在那裡這些模板隨著時間的推移發展成一個帶有自身血管的全功能骨器官，這個過程跟人體自身骨骼的發育過程是一樣的。另外，AMBER還在藉助納米技術和3D列印研究可以在幾分鐘內充電完成的更小、更高效的電池。Valeria Nicolosi教授領導該項目，並於最近獲得了歐洲研究委員會（ERC）250萬歐元的研究資助。

小結：縱觀整個2016年，3D列印行業由導入期進入到成長期，表現為全球3D列印行業的整體收入快速上漲、全球3D列印行業的市場規模逐漸擴大、技術突破及專利數量逐漸增多、行業應用逐漸深入。OFweek3D列印網小編相信，未來，3D列印行業發展將會邁向更高峰！