7】全球3D列印十大尖端技術革命

今天，就讓我們一起回顧2016年上半年的3D列印界十大技術革命。（排名不論先後）

INNOVATION1: 瑞士科學家3D列印金銀納米牆

觸摸屏技術是依靠噴塗在設備表面的微型導電電極實現的。這種肉眼幾乎看不到的電極是由導電材料製成的納米牆組成的，而目前最常用的材料是氧化銦錫。它的透明度很高，但導電性較差。蘇黎世聯邦理工大學(ETH)找到了一種可行的創新型方法——「納米液滴」3D列印。這種方法能夠以金、銀納米顆粒為原料3D列印出超薄的「納米牆」，從而製造出從未有過的透明導電電極，最終創造出畫面質量更好、響應更精準的觸摸屏。ETH的新方法——以金、銀的納米顆粒為原料3D列印出納米牆卻沒有這樣的缺陷，因為它可以同時實現較高的透明度和導電性。

ETH這種納米3D列印技術的神奇之處不但可令金屬材料保持住原有的導電性，而且可將它們創建出透明的結構。目前，研究者們已經利用該技術成功3D列印出了厚度在80-500納米之間的超薄電極層。

INNOVATION2: 從樹脂到陶瓷，加州高溫陶瓷3D列印技術

位於加利福尼亞州Malibu的HRL 實驗室發明了可兼容與光固化/3D列印的樹脂配方，這種樹脂在3D列印後經過過火可以生成緻密的陶瓷部件。這是一個驚人的突破，因為它使能夠產生任意多邊形陶瓷部件，強大且無溫度彈性，陶瓷表面無任何加工，不需鑄造或嵌塞。

HRL 通過紫外線光固化快速成形陶瓷的preceramicmonomers—」先驅體轉化聚合物」，通過這些聚合物製造的陶瓷均勻收縮，幾乎沒有孔隙度。並且可以形成迷你網格和蜂窩狀材料，不但形狀複雜，並且還表現高的強度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進零部件、熱防護系統、多孔燃燒器、微機電系統和電子設備獲得應用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發動機中，這種陶瓷可以幫助設計者製造能抵禦起飛過程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件。

INNOVATION3: 比現有系統快1000倍，重新定義三維掃描

當前市場上大多數激光雷達系統（包括那些在自動駕駛汽車上所安裝的雷達系統）使用的是離散自由空間光學元件，包括激光器、鏡頭和外部接收器。在這些硬體組合中，激光在震蕩的同時旋轉，這使得其掃描範圍和複雜程度受到限制。並且成本從1000美元到70000美元不等。

麻省理工學院的激光雷達晶元更小、更輕、更便宜，也有可能是更強大的，因為晶元中沒有移動部件，速度是目前的激光雷達系統的1000倍，可以用來跟蹤高速移動的車輛。

麻省理工學院的激光雷達晶元工作原理與硅光子技術密切相關，硅波導幾的波長遠小於光纖，這使得非常小的晶元上的光子電路具有類似於光學纖維的屬性。該技術的商業化也並不昂貴，可以在大量的CMOS晶圓代工廠生產，並解決如波導損耗和光隔離的問題。

INNOVATION 4: 將對智能設計產生巨大影響的麻省理工Cilllia毛髮

靈感來自於自然界動物以及人類的毛髮，MIT研發的Cilllia毛髮是通過光敏樹脂固化的技術列印出來的，通過將3D列印的精度控制到極其細微的程度，將這些毛髮獲得微觀結構的「可編程」，這樣毛髮就展現了像具有神經一樣的對壓力和對聲音的敏感度，並伴隨著外界的刺激發生彎曲改變。

然而Cilllia指的並不是毛髮本身，而是建模軟體平台，通過平台上CAD設計的步驟，通過滑塊式界面，用戶可以很容易地將成千上萬的毛髮在短短几分鐘內設計完成，只需要確定毛髮的角度、厚度、密度，和毛髮的高度。

通過精心的設計毛髮具備了「驅動器」一樣的神奇作用，在一個直線方向上實現正向「驅動」和反向「驅動」，這對於動力學是個創新領域，改變了以往我們需要電機或者其他的動力裝置才能使得物體發生移動的現狀。

INNOVATION 5: 像生長出來的3D列印軍用無人機

世界第三大國防承包商英國的BAE系統公司宣布他們正在開發一款基於化學反應的Chemputer，這款3D印表機可以在短短几天之內從無到有「生長」出高度先進的定製化無人機。

BAE系統公司投資開發此項技術的目的是要在接近戰場的地方迅速建立軍事設備供給，並克服任何地理、技術或數字的劣勢，Chemputer列印無人機的設想是功能性強，飛行速度快，超高高度以及快速反應，目的是要克服今天的軍事環境的生產限制。

列印產品也不僅僅局限於簡單的產品，而是包括複雜的電子系統的生產。同時，列印材料是環保和可回收的，除了列印一架完整的無人機機身外，印表機也可以用於生產大型載人飛機的部件，這為此項技術走向民用打開了空間。

INNOVATION6: 離子交換膜3D列印技術

美國賓夕法尼亞州立大學的科學家開發了一種離子膜3D列印技術，可以靈活而快速的在離子交換膜表面列印各種3D圖案，以提高性能。

科研團隊表示，這種3D列印技術與當前常見的SLA（光固化）3D列印技術類似，列印材料是可光固化的離子聚合物混合物，當該混合物暴露在一台光投影儀之下的時候，3D印表機將設計好的圖案投射並選擇性地固化在其表面上。

表面圖案能夠增加膜的電導率多達1—3個數量級（factor）。

中國3D列印網了解到使用這種3D列印技術製作的離子交換膜模型是第一個可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個簡單的並聯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揮的影響。這一方法帶給離子交換膜設計者一個設計工具，可以幫他們不斷創新、設計出新的圖案，以進一步改進材料的內在化學特性。

INNOVATION 7: 迪士尼近瞬時樹脂列印技術

美國賓夕法尼亞州立大學的科學家開發了一種離子膜3D列印技術，可以靈活而快速的在離子交換膜表面列印各種3D圖案，以提高性能。

科研團隊表示，這種3D列印技術與當前常見的SLA（光固化）3D列印技術類似，列印材料是可光固化的離子聚合物混合物，當該混合物暴露在一台光投影儀之下的時候，3D印表機將設計好的圖案投射並選擇性地固化在其表面上。表面圖案能夠增加膜的電導率多達1—3個數量級（factor）。

使用這種3D列印技術製作的離子交換膜模型是第一個可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個簡單的並聯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揮的影響。這一方法帶給離子交換膜設計者一個設計工具，可以幫他們不斷創新、設計出新的圖案，以進一步改進材料的內在化學特性。

INNOVATION8: 用於非常複雜部件列印的德國Fraunhofer多材料列印技術

德國Fraunhofer研究所和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這樣非常複雜、微小部件。

Fraunhofer研究所研發的這項3D列印技術可列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的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體。在列印過程中，印表機的電性溫度熔化了粘合劑，並混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來。沉積後液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸列印出來。

INNOVATION9: 波音懸浮式3D列印技術

2016年初，波音公司成功獲批了一項超前的3D列印技術專利。它與以往任何3D列印技術都不同，在3D列印過程中沒有任何實體的列印構建平台，在列印過程中，列印對象還可以做空中翻轉動作。

在列印時，列印頭首先擠出一塊材料，通過磁場的力量，這塊列印材料被懸浮在空中，然後由圍成一圈的多個列印頭，從不同的方向將其餘材料逐層沉積在這塊材料上。列印材料是抗磁性材料，經過超級冷卻之後變成超導體。通過磁場還可以旋轉3D列印對象，並將材料沉積在列印對象底部，實現360度無死角的3D列印。

無死角的3D列印技術好處是完全突破對形狀的限制，實現更加複雜零部件的整體3D列印。除此之外，通過多個3D列印頭同時在不同方向上進行3D列印，將顯著提升列印速度。

INNOVATION 10: 哈佛大學帶血管的人工組織3D列印

2016年哈佛大學獲得最新的突破，可以列印出維持生物學功能的並可以存活超過六個星期的組織。哈佛大學的研究人員在整個列印過程中使用了三種生物墨水。其中第一種墨水含有細胞外基質，這是一種由水、蛋白質和碳水化合物構成的複雜混合物，用於連接每個細胞，從而形成一個組織。第二種墨水包含細胞外基質和幹細胞。第三種用於列印血管，這種墨水在冷卻過程中融化，所以研究人員可以從冷卻的物質中將墨水抽出來，並保留空心管。

研究人員將包含細胞外基質的墨水填充進模具。最終培養出內部充滿毛細血管的人工組織。研究人員通過硅膠模具兩端的出入口向該組織輸入營養物質，以保證細胞存活。人工血管將通過將細胞生長因子運送至整個人工組織，促進幹細胞的定向分化，從而形成更厚的組織。

文章來源：智慧工廠