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未来最有发展前景的十大3D打印材料技术

来源:客户端

发布时间:2018-03-22 14:34:47

点击量:6863

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3D打印技术发展迅速,其在航天、医学、建筑、电子等领域都有着很好的潜在应用价值。而所有与3D打印技术相关的材料也为我们带来了无限新的可能,并有一天可能会塑造我们的世界。材料的伟大变革正在发生,你可以尽情想象!


  1. 复合材料形状记忆聚合物(4D打印)


作为4D打印热潮的一部分,麻省理工大学和新加坡科技设计大学(SUTD)的工程师在Nature杂志上发表了标题为Multimaterial 4D Printing with Tailorable Shape Memory Polymers(复合材料4D打印与可塑形状记忆聚合物)的文章。他们对热敏聚合物进行了研究。SMP(形状记忆聚合物)可以在弯曲或暴露于极端的压力的条件下,以不同的方式成形。其在环境刺激下(受热)可以恢复原来的形状。


2.3D打印分子

想象一下,一台机器,几乎可以构建用户想要的分子甚至原子水平的任何东西。一组在伊利诺伊大学的化学家已经朝着这个方向在努力。在医学博士Martin D. Burke的带领下,该团队已经研制出通过焊接预先做好的组件就能自动合成新的有机小分子的机器。这些组件可以以任何配置组装。目前,已经存在两百个这样的组件。其结果是,这种机器有能力3D打印出数十亿种不同的小分子有机化合物,它们随后可作为新的药物或其他用途进行测试。该打印机正在由REVOLUTION Medicines, Inc开发。


3.3D打印导电材料

随着电子元器件进入3D领域,这个行业可能彻底改变其构建模块。一个弗吉尼亚理工大学的研究小组,利用微型立体光刻技术(microstereolithography),由导电聚合物构建了毫米级的3D打印对象。这种导电聚合物是用离子性液体制备的。打印对象的特点是可小到25微米,这在涉及到人体细胞方面开启了很多潜在的应用。事实上,这种技术可以让工程师用来打印导电部件,甚至组织支架等。该小组计划进一步开拓材料改变特性,如机械性能和导电性能的可能性。


4.3D打印骨头,组织和器官

翰•霍普金斯大学的研究人员给出了一个成功3D打印骨骼的方法:在一些特殊的人造塑料中混合至少30%粉状天然骨,并用3D打印机打印出所需的形状。实际上,3D打印可用于为再生缺陷区域的信号组织-形成细胞打印支架或活细胞结构。通过综合修复、重建和再生,3D打印技术担负着根据需要和设计-驱动制造方案,为缺陷患者开发兼有美学和功能作用的个性化的治疗方案的作用。

至于组织和器官,威克森林再生医学研究所的研究人员已经开发出一种专门设计的3D打印机,它已经打印了耳朵,骨骼和肌肉结构。综合组织和器官打印系统(ITOP)储存了形成组织“形状”的可生物降解塑料类材料和包含细胞的水基凝胶。此外,还形成了较强的,临时的外部结构。


5.3D打印环保材料

ABS塑料,大多采用FDM打印,是目前使用的最常见的塑料。然而,这是不完全环保的,而且其融化时会释放有害气体。Additive Elements,于慕尼黑创业,它一直致力于安全的生物基材料研究,并认为这是这个行业的未来。事实上,该公司正在开发一种材料,这样一个人就能打印出一个对象,并且当完成它后,可以回收和使用它作为他们打算打印出的下一个部分的原料。该材料,就像他们说的,完全由惰性材料和食品级的原料组成。未印刷的粉末可完全回收,最终产物与其他废物一起处理也将是无害的。


6.碳纳米管

纳米技术也可以被用来增强3D打印材料。碳纳米管就是最好的例子,它已被3DXTech,Arevo Lab和 Avante Technology等多家公司用来有效增强聚合物纤维。其基本过程包括用碳纳米管涂覆塑料纤维,然后使其经受微波作用。碳纳米管,具有微波下能快速加热的特性,而使用FDM的塑料没有。这将使塑料纤维微微融化以更好地结合,并使成品对象强度更高。


7.3D打印石墨

因为被认为是世界上最薄,最强的和最灵活的材料,石墨烯被喻为是有潜力进行革命性3D打印一种神奇的材料。石墨烯是由排列成六边形格子的单层碳原子组成的,它是热和电的良导体。许多公司一直致力于将石墨烯用于3D打印行业。 Haydale石墨烯公司,是一家总部位于英国的石墨烯和纳米材料制造商。该公司宣布了其推出的新型线型石墨烯增强PLA纤维的项目。其比传统的PLA纤维的主要优势是无论是强度和刚度都提高了,且有更好的抗冲击性能。其他一些研究已经朝着引进3D打印石墨烯气凝胶的轻质材料的道路进行。石墨气凝胶比空气轻7.5倍,而1立方米的重量仅有160克。使用石墨气凝胶的储存能量的新方法也已创造出来,其同时在传感器,纳米电子学,催化或分离方面亦有用处。


8.3D打印硬质合金

硬质合金是将碳化物的细颗粒用金属粘合剂粘结到一个复合材料上的硬质材料。它通常用于在工业应用中,如工程组件,磨损部件和工具。Fraunhofer IKTS已经开发出用粘合剂喷射3D打印技术进行3D打印硬质合金用来制作极其坚硬的物体的方法。事实上,这些物体可以承受目前的生产时机器像磨或钻的巨大力量。此外,复杂的物体也是可能的,如螺旋形的形状或内部组件的冷却隧道。


9. 3D打印混凝土

有些公司已致力于用混凝土建造房屋和其他类型的建筑的大型3D打印。据Research and Markets的一个研究,在一个名为《预测至2021年3D混凝土打印市场 》的出版物上,因为混凝土3D打印正在成为建设项目更可行的选择,许多建筑公司正在并将使用混凝土3D打印。这些公司中走在前头的是总部位于法国的 XtreeE。XtreeE正在开发一个全功能化的3D打印的系统。其中包括3D打印混凝土材料,一个能挤出材料的机器人和专门用于混凝土3D打印的软件。为了开发其3D打印建设方案,XtreeE一直与一些伙伴紧密合作,它们中的一个是3D软件公司Dassault Systèmes,他们已一起创建了一个3D打印馆。


10.意大利面(或一般的食物)

食品已被用于3D打印领域相当长的一段时间,但其中3D打印意大利面的研究最多。Barilla致力于他们自己的3D打印意大利面已经相当长的一段时间了。然而,他们的3D打印机的工作原型最近才在2016年Parma的CIBUS国际食品展亮相。该打印机能够在短短两分钟内依靠预先设置的意大利面墨盒,打印四种独特的意大利面形状。而且营养价值、质地和颜色可以控制。Barilla发现他们的意大利面为餐馆和意大利面商店创建了美食食谱。


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