【盤點】2016年全球3D打印十大創新技術

 　　2017年想必將會是3D打印發展關鍵年，而回顧2016年，各國技術突破方面又有什么樣的進展來迎接2017年的市場機遇呢？

　　在此，小編特選出3D打印領域2016年國內外的創新技術進行回顧盤點，也希望在2017年，有更多的科研力量投入到3D打印領域的創新中，取得更多更大的科技進展。

　　3D打印國際十大創新

　　1，瑞士科學家3D打印金銀納米墻可制造更高性能觸摸屏

　　觸摸屏是我們的生活中不可缺少的一種產品，而觸摸屏技術是依靠噴涂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，但導電性較差。

　　蘇黎世聯邦理工大學(ETH)采用“納米液滴”3D打印來進行創新制造，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。

　　目前，研究者們已經利用該技術成功3D打印出了厚度在80-500納米之間的超薄電極層。

　　2、從樹脂到陶瓷，加州高溫陶瓷3D打印技術

　　位于加利福尼亞州Malibu的HRL 實驗室發明了可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方，由硅、氮和氧組成，在一臺3D打印機內用一束紫外線照射這種樹脂，會使其變硬，生成致密的陶瓷部件。

　　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，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。

　　3、麻省理工制作激光雷達芯片 3D掃描歷史將徹底改寫

　　當前市場上大多數激光雷達系統（包括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。在這些硬件組合中，激光在震蕩的同時旋轉，這使得其掃描范圍和復雜程度受到限制。并且成本從1000美元到70000美元不等。

　　來自麻省理工學院的研究人員正在300毫米的晶圓上生產激光雷達芯片，且其成本不到10美元。最重要的是，在這個設備中的非機械光束轉向比目前所實現的機械激光雷達系統的速度快1000倍。

　　4、麻省理工博士3D打印Cilllia毛發，將對智能設計產生巨大影響

　　這次麻省理工發明的是像神經一樣敏感的Cilllia毛發設計平臺，靈感來自于自然界動物以及人類的毛發。

　　Cilllia毛發是通過光敏樹脂固化的技術打印出來的，通過將3D打印的精度控制到極其細微的程度，將這些毛發獲得微觀結構的“可編程”，這樣毛發就展現了像具有神經一樣的對壓力和對聲音的敏感度，并伴隨著外界的刺激發生彎曲改變

　　5、像“生長”出來的3D打印軍用無人機

　　英國的格拉斯哥大學及防務公司BAE Systems的研發團隊共同研發合作的3D打印軍用無人機Chemputer計劃，這款3D打印機可以在短短幾天之內從無到有“生長”出高度先進的定制化無人機。

　　其實這是一款能夠在分子水平上進行構建的3D打印機，能夠“生長”出從機翼到電子系統在內的所有部件。Chemputer打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。

　　6、3D打印制備離子交換膜的技術

　　美國賓西法利亞州立大學的研究人員利用光固化和三維打印技術來制備微紋理的陰離子交換膜，此技術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。

　　這種3D打印技術與當前常見的SLA（光固化）3D打印技術類似，打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臺光投影儀之下的時候，3D打印機將設計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率多達1—3個數量級（factor）。

　　7、 迪士尼近瞬時樹脂打印技術

　　迪士尼申請了名為‘Near Instantaneous Object Printing Using a Photo-Curing Liquid’(液體光敏樹脂的近瞬時打印技術)。

　　迪士尼的3D打印技術繞過層層掃描固化的生產方法，而是通過一個或更多的光源將三維模型“注入”液態樹脂內。幾乎在瞬時間，三維模型就被固化出來，而以往層層生產這樣的產品需要幾個小時，現在變為幾分鐘。

　　8、 用于非常復雜部件打印的德國Fraunhofer多材料打印技術

　　德國Fraunhofer研究所和IKTS 系統研究所研發了一項3D打印新技術，不僅可以打印骨科植入物、假牙、手術工具等醫療產品，還可以打印微反應器這樣非常復雜、微小部件。

　　Fraunhofer研究所研發的這項3D打印技術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。在打印過程中，打印機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。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸打印出來。

　　9、波音懸浮式3D打印技術

　　波音公司開發出一種懸浮式3D打印技術，在沒有任何實體打印平臺的情況下，實現360度無死角操作，并成功獲批專利。

　　該技術的優勢在于：完全突破對形狀的限制，實現更加復雜零部件的整體3D打印。而且，該技術采用多個3D打印機同時在不同方向一起工作，可打印出各種功能產品，并顯著提高打印速度。打印出的材料具有抗磁性，經過超級冷卻之后能變成超導體。

　　10，哈佛大學3D打印帶血管的人工組織

　　哈佛大學獲得最新的突破，可以打印出維持生物學功能的并可以存活超過六個星期的組織。

　　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，促進干細胞的定向分化，從而形成更厚的組織。

　　國內3D打印創新技術

　　西安交通大學

　　西安交通大學-結構電子產品三維空間的任意排布

　　結構電子是指電路與電子元件按照一定的三維空間布局，附著或鑲嵌于基體結構上，形成的三維電氣結構。由于電氣部分具有三維空間布局，電子產品的空間利用率得到提升，體積得到減小。

　　西安交通大學通過一種導線與基體同步打印的3D打印技術實現了結構電子產品三維空間的任意排布，所使用的導線打印材料可以有三種不同形態，包括銅錫合金、銀錫合金、錫鉛合金這樣的低熔點金屬絲，納米銀離子凝膠溶液、導電高分子水凝膠的導電墨水，以及鋁粉、銅粉等金屬粉末。基體的3D打印材料則為ABS、PLA、PEEK絕緣性高分子絲材。

　　西安交通大學-采用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件

　　在金屬打印時，由于存在較大的溫度梯度，金屬難以持續穩定地生長，難以獲得品相良好的柱晶或單晶組織，因而得到的零部件的性能和特性受到極大的影響。

　　西安交通大學克服現有技術中存在的問題，提供一種采用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件的裝置及方法，通過增加輔助控溫光源，利于零件的金屬晶體定向生長，能夠得到連續的柱晶或單晶組織。

　　南京航空航天大學

　　南京航空航天大學-鋁基納米復合材料

　　為了解決現有的鋁基復合材料在成形加工過程存在的幾個問題，南京航空航天大學提供一種基于SLM成形的鋁基納米復合材料。

　　此材料可以有效的解決鋁基納米復合材料在激光增材過程中工藝性能與力學性能不匹配、增強顆粒分布不均勻以及陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問題，使得所獲得的產品具備良好的界面結合以及優異的力學性能。

　　南京航空航天大學-3D打印技術制造馬氏體模具鋼

　　目前，國產模具鋼還不能全部滿足國內模具行業的需求，每年約有25%的模具需從國外進口。

　　為解決現有制模技術中的工序復雜、成本高以及報廢率大等問題。南京航空航天大學通過調整激光加工過程工藝參數，改善成形模具晶粒粗大問題，從而改善其機械性能。利用Mn、Ni、Cr等合金元素穩定過冷奧氏體，在激光加工極大的冷卻速度下得到組織均勻的馬氏體，從而省去了后續的“淬火”過程，激光加工完畢后，成形模具被傳送裝置送入真空熱處理室完成回火過程以釋放其內應力，從而得到具有均勻、細小的回火馬氏體組織的成形模具。

　　浙江大學

　　浙江大學-基于三維打印的無泵驅動微流控芯片

　　微流控芯片又被稱為芯片實驗室，是一種在微米尺度上對流體進行操控的技術。該技術將化學和生物實驗室的基本功能微縮到了一個只有幾平方厘米大小的芯片之上。

　　浙江大學利用FDM三維打印技術制作基底，采用鋪粉的方式，來制得微流控芯片。這項技術可以應用在各種臨床檢測，具有可重復利用、無泵驅動、流動速度可調、流道分辨率高、成本低等優點，并且加工過程簡便快捷，生產效率高，易于工業化大規模生產。

　　華中科技大學

　　華中科技大學-具有鍛件性能的金屬零件3D打印

　　華中科技大學數字裝備與技術國家重點實驗室張海鷗教授主導研發的金屬3D打印新技術“智能微鑄鍛”，不僅能打印薄壁金屬零件，而且能打印出大壁厚差的金屬零件，省去了傳統鍛壓機的成本，通過計算機直接控制成形路徑，降低了設備投資和原材料成本。

　　目前，由“智能微鑄鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已達到2.2米長約260公斤。現有設備已打印飛機用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等八種金屬材料，有望改變國際上由西方國家領導的金屬絲3D打印格局。

　　藍光英諾

　　藍光英諾-3D生物打印技術促進人工血管內皮化

　　藍光英諾向全球發布了由其團隊承擔的3D生物打印促進人工血管內皮化的研發項目取得的重大突破：

　　全球首創依托干細胞生物墨汁技術構建的3D生物打印血管成功植入恒河猴體內，實現血管再生。這標志著在世界范圍內3D生物打印技術在臨床應用的開啟，同時將引領干細胞制造組織、修復器官的再生醫學新時代。

　　廣州邁普再生醫學

　　廣州邁普再生醫學-具有4D效應的脊柱側凸內固定矯正裝置

　　脊柱側彎疾病有個特點，每個病人的脊柱變形都不盡相同，側凸角度、旋轉角度、脊椎骨形態、側凸位置及對周邊影響、脊柱旁軟組織結構都不盡相同，臨床醫生有個性化器械的需求。

　　4D效應就是3D打印材料自動變成為預設的模型，廣州邁普再生醫學通過3D打印激光燒結打印技術制備鎳鈦基記憶合金材料骨架，在得到的鎳鈦基記憶合金材料骨架上沉積熱塑性材料從而制備熱塑性材料外殼或者單獨制備熱塑性材料外殼再將鎳鈦基記憶合金材料骨架與熱塑性材料外殼組合，其中所述鎳鈦基記憶合金材料骨架的定位孔與所述熱塑性材料外殼的定位銷進行配合，從而得到功能單元。