3D打印的10种前沿应用(第3期)

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本期3D打印10种前沿应用分布在医疗、军事、航天、新材料、汽车制造领域:合成组织、血液回收机、超声波石膏、电路打印、武器组件、火星岩石、最小杂志封面、“肌肉车”部件等。

本期3D打印10种前沿应用分布在医疗、军事、航天、新材料、汽车制造领域:合成组织、血液回收机、超声波石膏、电路打印、武器组件、火星岩石、最小杂志封面、“肌肉车”部件等。

1.OxSyBio开发3D生物打印机,用于打印合成组织

牛津大学衍生公司OxSyBio从IP Group plc获得了一百万英镑的资金开发生物3D打印机,用于生产类似伤口愈合和药物输送合成材料的组织。这项技术是将数千个微小的水滴微滴中的合成类组织材料打印出来,由类似活细胞外膜的薄壁包裹成包囊。然后在薄膜上加入孔蛋白,使其看起来像是简易的细胞。目前该机构已经能够打印微滴网结构,电脉冲可以以一种类似于细胞神经系统的通信方式进行传输,信号可以以特定方向快速移动。下一步计划是将打印出的类组织材料和活性组织整合在一起,并且直接打印本身含有活细胞的材料。该公司的长期目标则是生产修复或替代器官的合成组织。

2. Brightwake公司用3D打印机开发出血液回收机

Stratasys公司于4月17日宣布,英国的Brightwake公司已经利用其Dimension 1200es3d打印机开发出革命性的自体输血机,名为Hemosep。Hemosep在心脏和严重创伤手术时收集流失的血液,通过使用机械搅拌器和化学海绵技术来集中血液。一旦血液准备就绪,病人通过静脉输液的方式回血。使用3D打印技术后,不仅成本降低96%,还大大减少了等待时间。Brightwake的研究负责人 Steve Cotton 也表示,打印机可以生产精确、高质量的部件,非常适合医疗原型。他们现在一夜就可以打印出超强度的部件,节省96%的成本,每台3D打印模型可以省下超过1000英镑。到目前为止,Hemosep已经被应用在土耳其超过100个开放式心脏手术中,成功的临床试验证实了Hemosep确实具有降低输血量的显著能力,现在正在英国进行进一步的试验。

3. 3D打印的超声波石膏加速骨折愈合速度超80%

来自土耳其的学生DenizKarasahin设计的Osteoid Cast材料赢得了今年A’Design Award的3D打印产品类大奖。制作Osteoid的灵感来自于骨骼中的海绵状物质。Karasahin的团队表示这款轻质材料可以根据病人的需要量身定制,而且可以设计不同的色彩。最重要的是这种材料增加了超声波设备,这就意味着可以加快康复的进度。低强度脉冲超声波(LIPUS)系统已被证实能够促进骨折愈合,据称愈合速度能够提升80%。下一步的设计就是为Osteoid创建一个保护肢体的锁定机制,进一步加强材料的实用性。这还只是一个概念,不过Karasahin的团队有时间。或许我们在不久的将来就可以在现实生活中看到这种非常吸引人的、可取代石膏的新型材料。

4. 科学家研发3D打印软骨新方法,用于治疗关节炎

日前,由Rocky S. Tuan带领的研究团队发现了一种使用3D打印技术重建人类软骨的新方法。这种方法可以根据需要的任何形状逐层重建病人的软骨层,从而为彻底治愈关节炎带来了希望。Tuan和他的团队一直致力于通过3D打印病人自己的干细胞,以形成软骨组织。研究人员将干细胞与一种生长基质混合在一起,通过3D打印机挤出,这种生长基质不仅能够帮助干细胞按照指定的形式生长,而且还是一种生物肥料,能够提供促进那些细胞生长的物质。研究人员的最终目标是能够使用一种导管直接在患者病灶处3D打印软骨的干细胞。例如,如果患者的膝盖周围有软骨损失,外科医生可以打印一个干细胞的混合物到这个人的腿里,使其逐渐成长为替换软骨。除了为骨关节炎患者减轻痛苦,该技术也可以用于救治战场上受伤的士兵,或者意外交通事故的受害者。

5. Rabbit Proto可让家用3D打印机打印电路

来自加州的三个工程师日前开发出了一种打印头插件Rabbit Proto,装在3D打印机上就可以使其在打印对象中加入复杂的导电线路。Rabbit Proto有一个像10CC注射器一样的挤出机,它可以让打印机在打印过程中同时埋入内部电路,而无需中断打印进程。例如,3D打印机的普通打印头首先打印一部分塑料外壳,然后由Rabbit Proto使用导电材料在上面绘制电路图,然后再完成塑料外壳的其余部分,这些都在同一个打印过程中完成。Rabbit Proto在设计之初已经考虑到了与所有双挤出机的RepRap式3D打印机的兼容问题,所以很容易就能在普通机型上应用。此外,该项目的源代码、文档和一些测试用的可打印设计都是开源的,可以在GitHub上下载。

6. 美陆军利用3D打印技术打印电子器件和武器组件

近几年,美国陆军一直在推广使用3D打印技术。2014年,五角大楼更多地涉足了3D打印行业。其最新的进展就是新泽西州皮卡汀尼兵工厂的陆军研究人员采用3D电子打印技术,可以将天线打印至头盔或将传感器打印至衣服中,以及在单个打印作业中打印无人机机翼。研究人员使用喷墨打印机和电流传导油墨,如含银的油墨来打印电子器件。这一工艺使工程师可将传感器直接打印至武器或一件衣服中。从更大规模上来看,工程师还可将天线和打印的电子器件嵌入至采用3D打印技术制造的无人机机翼中。此前,人们无法在一张金属板中制造出无人机机翼,因为布线孔非常复杂。但有了3D打印,工程师可以在每片机翼制造时布置所有的线孔。这一研究潜在的益处包括制造更小、更轻的电子器件,并减少废料,以及现场制造物品的能力。根据设计的复杂程度,3D打印物品过程可在几分钟内或几个小时内完成。这就使其成为原型制作和低速率生产的理想选择。

7. IBM研究人员3D打印世界最小杂志封面

日前,在苏黎世的IBM研究中心的科学家们使用一种类似3D打印的技术把最新出版的《国家地理儿童(National Geographic Kids)》杂志的封面雕刻在了1X14微米的平面上。IBM的科学家发明了一种微型的“凿子”,这个凿子带有可加热的硅尖,比削尖的铅笔尖小10万倍。科学家使用这种纳米凿字仅用十分钟就在一种聚合物上刻出了微型图案。衬底材料是加州IBM研究中心的化学家发明的聚合物。整个打印设备的精度可达1纳米,即百万分之一毫米。通过施加热和力,尖端可以根据预定义的图案在衬底材料上雕刻。类似于使用3D打印机,这台设备可以通过调节力道和重新分配单个的节点来移动材料,以创建具有纳米精度的复杂3D结构。

这一新能力将有利于新型晶体管器件原型的开发,包括隧道场效应晶体管,以及更节能、更快速地连接云数据中心的智能手机的电子器件。IBM希望到今年年底尝试使用这种技术来制造基于石墨烯材料的晶体管设计原型。此外,该技术还可以制造纳米级的安全标签,以防止像护照和无价的艺术作品的伪造,并可以应用于量子计算等新兴领域。IBM已经把这项技术授权给一家总部设在瑞士的新公司SwissLitho。SwissLitho将以NanoFrazor的名义向市场推广这项技术。

8. NASA科学家用3D打印复制火星上的岩石

美国宇航局日前宣布,他们根据火星探测器传回的图片用3D打印机复制了一块火星上的陨石。该陨石是2009年发现的一块落在火星上的陨石。科学家们将其命名为布洛克岛(Block Island)。布洛克岛是在火星上发现的最大的一块陨石,它有小冰柜大小,是一块铁镍陨石。布洛克岛的3D模型是根据5年前“机遇号”火星车上的Pancam全景相机拍摄的图像并经过精确的测量处理而成。但火星车看不到陨石每平方英寸的细节。这些丢失的数据在计算机模型形成了一个个孔,这使得3D模型无法进行3D打印。去年夏天研究人员解决了填补丢失数据的难题,并建立了陨石的几个小模型。由于模型体积太大,研究人员将陨石的计算机模型分为11部分。然后,他们使用FDM 3D打印机将其打印出来。整个打印过程花了305小时36分钟。研究人员用3D打印机创建的陨石的11个部分,并把它们粘在一起形成真实尺寸的模型。

9. Local Motors首次尝试直接3D打印汽车底盘

2014年4月24日,Local Motors公司在美国橡树岭国家实验室(ORNL)首次测试3D打印DDM(直接数字化制造)汽车底盘。ORNL开发的增材/减材混合设备采用了大口径挤出头高速3D打印对象,同时这个打印头上还安装有刳刨工具,打印完毕后再回来对其表面进行更加精细的机加工。首次打印原定需时约48小时。这台机器被设定先打印两个固体层,然后以25%的填充度再打印两层,然后再打印两层,以此为基础再向上打印零件的功能部分。不幸的是这次打印由于在工艺中出现了一些问题未能最终完成。但你仍然可以清楚地看到首次尝试打出来的几层。

根据计划,Local Motors将3D打印一辆全新电动车参加今年秋天在芝加哥举行的国际制造业贸易展览会(IMTS)。该公司目前正在重点熟悉ORNL的这台高速3D打印机。Local Motors后面还将面临很多的挑战,比如找出最佳的结构,什么时候应使用什么材料,以及紧固该结构的最佳方式等等。

10. Solid Concepts公司向现代汽车提供3D打印豪华“肌肉车”部件

日前,3D打印服务公司Solid Concepts向现代旗下顶级汽车品牌雅科仕BASS770提供了使用3D打印技术开发的聚氨酯原型和预生产零部件,这是一款典型的豪华美式“肌肉车“(muscle car,即大排量大马力高速中型汽车)。自2011年起,雅科仕汽车就与Solid Concepts合作将3D打印用于BASS770的原型和预生产。他们使用了多种3D打印工艺,比如立体光刻(SLA)、熔融沉积成型(FDM)和选择性激光烧结(SLS)来构建多个内部和外部零部件。用的最多的是3D打印汽车零部件的模具。聚氨酯铸件是注塑成型的一种很经济的替代方法。这种聚氨酯铸件往往是用3D打印或CNC制成的主模。Solid Concepts使用其专有的“QuantumCast”增材制造技术生产出零部件主模,然后进行后处理,以达到理想的表面光洁度。然后用此主模制成硅胶模具。再浇注先进的高分子聚氨酯,生成结实的预生产零件。其他使用3D打印和聚氨酯铸件技术的零部件包括进气格栅、调节座椅杠杆、仪表板、前大灯和尾灯挡板、玻璃饰板挡泥板、控制台盖、安全带盖和引擎盖下的部件等。可以说,3D打印技术的影子在雅科仕BASS770这款车上几乎无处不在。

Solid Concepts公司于2014年4月初被Stratasys以2.95亿美元的价格收购。


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