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盘点近期全球3D打印产业的四大惊人成果【新资讯】

发布时间:2019-10-18 14:18:16 阅读: 来源:羊眼厂家

在3D打印产业不断发展的浩瀚历史长河中,我们时不时的能够看到其“一鸣惊人”的成果出现。这就像在3D打印出现之前,人们并没有思考过未来会有一种技术能够改变我们对于传统制造的认知,改变未来的各行各业,进而改变我们的生活。近期,全球3D打印技术又出现了几大“惊人”成果,下面就让小编带你一起看看吧:

首个高速金属增材制造系统PrintValley

3D打印制造个体以及低量生产定制产品的能力是该工艺很快适应大量行业和应用的原因之一。但是大规模生产仍然是相当便宜的,主要原因在与大量制造产 品的效率很高。生产一个定制3D打印零件的时间内,通过传统制造工艺可以生产数百个甚至上千个零件。即使对于像牙科或医疗植入物这样的小零件,打印过程可 能都需要几个小时,然后每个零件都需要单独处理,以去除多余的材料,刨光表面使之更光滑。

后期处理可能会增加几个小时的生产时间,因而 需要花费更多时间来生产个体或小批量零件。虽然3D打印技术正在发展,有了更快的打印速度和更高的成品精度,但是金属零件的生产仍然是劳动密集型的。金属 零件往往需要用一台完全不同的机器来打磨表面,如抛光轮或数控铣床。有许多例子说明了使用增材制造技术更有成效且更划算,但在大多数情况下,传统的制造工 艺仍然是最好的。然而,一个技术公司联盟可能即将改变这种情况,这些公司由欧盟负责,旨在通过集成3D打印和表面处理技术来开发高性能生产线。

日前,一个被称为Hyproline的欧洲增材制造项目展示了他们的新型增材制造系统,该系统已被优化为适合小部件的高速生产。该系统可以使用 316L不锈钢、钛金属或铜材料3D打印小批量或单独定制的金属部件,最终打印成功并去除多余的材料,然后从生产线上自动移走成品。这些企业被集合在一起 进行Hyproline项目,这多亏了欧盟第七框架计划的研究与技术开发(FP7)所提供的为期三年的资助,该计划在2007年推出,旨在鼓励未来的企业 发展。

Hyproline项目的最终产品是PrintValley,一个循环输送系统,包括100个独立搭建的平台,每一个都可以单独 地升高、降低或去除。每个平台都可在同一时间制造个体、定制金属零件或小批量生产金属零件。平台跟随旋转式传送带移动,零件可以在上面被3D打印、3D扫 描缺陷或打印错误、激光加工以去除多余的打印材料或表面缺陷,然后用一个集成的拾放机器人移走。PrintValley可以容纳多个自定义模块,除了那些 包含在Hyproline示范单位里的。这意味着,几乎任何类型的制造或装配系统都可以包括在内,包括数控铣床、喷墨3D打印系统以及给零件上色的工具。

高性能PrintValley系统十分依赖能够确保所有模块和集成技术工作正确性的软件。这包括精确3D打印,以及能测量成品3D打印零件的激光扫描系 统,并将它们和CAD文件对照。该软件可以辨别一个零件是否被打印得足够准确,是需要用激光来修正表面缺陷或是用拾取系统从生产线上移除并丢弃它。ITI 的CAD固定技术负责通过创建点云扫描并将其和CAD几何匹配来检验零件。这个欧盟资助的Hyproline联盟目的是开发一个工艺,将3D打印技术用于 高速生产。目标是使自动化的增材制造过程能够小批量生产金属部件,减少上市时间,提高精度,减少浪费材料和废弃零件的数量。这些都被认为是中小型欧洲公司 制造小型金属零件的关键目标,如电子、牙科、医疗和珠宝应用。PrintValley将生产小型金属零件的时间从一天减少到几分钟。

雷神公司:3D打印完整的导弹已在地平线上

在美国亚利桑那州Tucson,雷神(Raytheon)公司设计部门的工程师们正在对3D打印的导弹部件进行测试。这家美国国防承包商认为,尽管如今增材制造还只能取代某些部件的制造,但有一天它可以3D打印整个导弹。从整体上看,3D打印的应用在民用方面的比例较大,但是这并不意味着3D打印机不能用于制造致命的东西。雷神公司就是这么想的,这家美国国防承包商是全球制导导弹的最大生产商。该公司正在追随着其他军工企业,如洛克希德·马丁和MBDA等,的脚步,探索在其导弹上使用既强又轻的3D打印部件的可能性。

据了解,自从最近购买了一套商业3D打印机之后,雷神公司几乎没有机会关上机器,该公司的设计工程师团队一直在尝试用各种新的方式来制造导弹部件。雷神导 弹系统公司总裁Taylor Lawrence认为,3D打印机将很快被用在前线为导弹提供零部件,这将改变战术,消除供应链问题,极大地加快备件更换过程。然而,在此期间,工程师必 须确定哪些导弹部件可以比较安全有效地使用3D打印来替代。目前已经确认的只有少数零部件,但雷声公司正试图完全跳出来,在更高的角度来考虑整个制造过程 的时间和成本的削减。该公司甚至正在研究其导弹制导系统、印刷电路,以及雷达微波组件应用3D打印技术的可能性。“在能够3D打印整个导弹前我们还要经历很长一段时间,但是我们确实看到了曙光。”Lawrence对金融时报说。

今年早些时候,洛克希德·马丁公司开发了一款带有3D打印电缆护套的三叉戟II D5导弹,并成功地将该部件的制造时间降低至通常的一半。除此之外,欧洲导弹制造商MBDA也计划在其武器的一些小部件上使用3D打印技术。与这些竞争对 手一样,雷神公司认为,3D打印技术可以帮助提高导弹制造的生产力:“从根本上说,我们可以更快地制造出新功能,这意味着更低的成本。”Lawrence 说。MBDA公司的业务主管Jeff Morgans估计3D打印技术可以削减高达75%的生产时间,但他强调尽管有着如此光明的前景,谨慎还是必要的:“武器性能是最重要的。”他说:“我们 必须能够确认这项技术使用起来没有任何风险。”在今年早些时候,雷神公司就宣布,它将使用3D打印技术来提升其武器系统,为此它加入了一个更广泛的武器制 造商集团寻求将增材制造的力量用于军事。比如BAE Systems公司最近就提出了“Chemputer”——一种可以3D打印军用无人机的化学增材制造系统的设想;而韩国空军去年宣布,它将把3D打印部 件纳入其战斗机引擎。

哈佛科学家成功3D打印“生物机器人”

在当前的3D打印领域,3D生物打印器官可以被称为圣杯之一,世界各地的众多研究团队都正在努力实现3D打印可植入的组织。日前,哈佛大学的研究人 员朝着这个方向完成了重要的一步。在一次探索心脏组织工程的尝试中,由该校教授Kit Kevin Parker带领的一个团队打造出了一条“活”的微型魔鬼鱼(又称黄貂鱼、刺鳐)。据悉这个神奇的生物机器人是用大鼠心脏肌肉组织和3D打印的黄建软骨组 成的,它能够对光的脉动产生反应。

当然,在这里“活”一定是打引号的,因为这条硬币大小的魔鬼鱼并不是真正活的。尽管这些组织细胞是活 的,而且它们也能够对光线产生反应,以方便移动,但该生物实际上并不能进行自主决策、繁殖等。尽管如此,这也可以称得上是颠覆性的突破,并足以推动机器 人、人工智能、生物工程和3D生物打印领域更多的创新。对大多数颠覆性突破一样,它也开始于一个简单的想法。两年前,Parker教授带着年轻的女儿去波 士顿的新英格兰水族馆,在那里他看到自己的女儿完全沉迷于魔鬼鱼。教授看着展览,开始思考如何开发能够以类似蜿蜒模式移动的肌肉。“突然就像一道闪电击中 了我,它看起来很像心脏的肌肉层,这使我找到了用肌肉组织打造该系统的方法。”他回忆道。

左侧是人造的魔鬼鱼,右侧是真正的魔鬼鱼

这个不寻常的概念被Wyss研究员Sung-Jin Park接受,并迅速成为哈佛大学应用科学与工程学院疾病生物物理学组研究人员的一个新的研究项目,牵涉其中的还有来自伊利诺伊大学、密歇根大学和斯坦福 大学医学中心的研究人员。它是如何工作的?简单地说,这条小小的魔鬼鱼结合工程、细胞培养、遗传学和生物力学等领域的最新科技进展于一体,其重量只有10 克,其骨架是用非常薄的黄金3D打印而成的,上面还铺了两层薄薄的弹性聚合物。该聚合物上面覆盖了大约20万个活的心肌细胞,这些细胞取自大鼠的心肌。

为了控制细胞,团队使用了光遗传学技术,这是一种神经科学研究的常用方法,即用光来打开和关闭神经。神经元或心脏肌肉并不会自动对光产生反应,但通过光 遗传学,可以通过一段DNA对细胞进行升级。这段特殊的DNA编码代表了一种可以对光产生反应的蛋白,从而使细胞呈现光敏感性。如今,当光线爆发时,经过 基因修改的细胞收缩,然后推动鳍向下滑动,当细胞放松时,该人造魔鬼鱼的骨架会将鳍收回来。结果就是这样一个根据光线波动来游泳的魔鬼鱼机器人。 Parker教授指出,在这个设计中,细胞起到了传感器和致动器的作用,这既有好处也有缺点:虽然活的肌肉细胞比合成的致动器更节能,但它们也很容易受伤 害。为了保持其活力,它们需要浸泡在带糖和盐的温暖溶液里。

在每个鳍上加上一个光源,使研究人员能够分别刺激右侧或左侧的鳍,并操纵这 个生物机器人向任意方向移动。不同频率的光可以控制鳍的速度,进而改变魔鬼鱼的速度。在这个研究中,Park将其对于水生生物的兴趣与他想要了解心脏及其 解剖结构的各个方面是如何帮助血液在体内移动的需要结合了起来。泵送和液体运动是海洋里的生命形式都非常擅长的东西,他说。尽管可能还要好几年 Parker才能够打造出真正的人造心脏,不过这条几乎活生生的3D打印鳐鱼肯定是其朝着正确方向迈出的非常重要一步。

人类功能性肝细胞组织3D打印“大获成功”

最近,生物打印领域不断的“透露”出好消息:从零重力3D打印心脏结构到基于细胞的生物打印机的成功测试,以及纳米纤维生物打印技术在面部整容领域的成功应用等。这些实例都充分证明了一个事实:生物3D打印技术能 够为人类创造不可估量的价值!近日,由罗氏制药和Organovo公司最近合作进行的一个内部研究显示:3D生物打印的人类肝脏组织在人类双细胞以及多细 胞器官领域拥有广泛的潜力。因此,利用3D生物打印技术创造的人类混合型胚胎干细胞能够真正减少人类对定向药物的异常反应。

据了解,在 生物学研究领域中,人们过去都是将一种或多种细胞局限于一个狭小的二维平面环境中进行培养。虽然这种方法最终也能够令细胞形成组织结构,但这种结构最终达 到的厚度也只能是几个细胞直径那么多。而如今,生物3D打印技术改变了这一切,它令传统的细胞培养技术更上一层楼。现在,生物学研究者们可以在三维的环境 当中进行细胞的定向培育,而且可以达到想要的各种厚度。

在罗氏制药和Organovo公司进行的这个实验中,3D生物打印技术为细胞组 织的生长提供了一个完美的三维环境,令其能够在各个方向上进行定向分裂,为之后的生物组织和细胞化学数据评估奠定了基础。换言之,利用各类人体肝细胞在三 维环境中进行体外实验,将有助于科学家们更加方便的去调查并分析人类的组织病理学和生物化学数据,为进一步深入研究人体组织创造条件,而且这比真正进行复 杂的人体实验要容易得多,成本也大幅降低。

在该实验中,这些3D打印的肝细胞组织当中主要含有肝实质细胞,肝脏星形细胞以及人体脐静脉 内皮细胞等各种类型的肝细胞。由于Organovo公司将它们长期放在低温条件下冷冻保存,因此它们一直保持着细胞活性。而另一些材料就是高浓度的生物油 墨,成分主要是100%凝胶质的组织实质细胞。肝组织的形成过程主要是通过3D打印来实现,研究人员们首先将活性细胞与生物油墨的混合材料输入生物打印 机,然后在三维的培养皿环境下进行精准的打印塑形,最终形成他们想要的立体组织结构。在这个案例中,整个肝组织并非完全复制了人体天然的肝小叶结构。而且 由于细胞材料的多样性,最终形成的3D肝脏组织结构能够在肝脏特殊的功能性用途中充当关键角色。

通过这个实验,不仅证明了生物打印的组 织在成型的过程中能够充当组织实质细胞或非组织实质细胞两种不同的功能性角色,而且这些形成的组织通过时间的推移将会逐渐凝结并塑形,最终形成稳定,高细 胞浓度并且不会坏死的3D活性组织结构。另一项令人震惊的发现是,在活性肝细胞中的两大重要组成部分--脂类和肝糖原,在利用3D打印形成的成熟肝组织当 中的存量并没有发生多少改变。而且在特异性染色细胞的比例方面,3D打印的肝组织与正常人体肝组织也十分相似。除此之外,为了试验3D打印的活性肝组织的 毒性处理能力,研究人员们使用了相对没有太大毒性的药物进行了各种类型的毒性环境测试,并证明了3D打印的活性肝组织具有一定的毒性处理能力,这证明了 3D打印的生物肝组织能够在临床毒性研究领域发挥重要价值。对于生物细胞3D打印的研究远不止如此,相信随着技术的不断进步,3D生物打印技术能够越来越 体现出其巨大的潜力并逐渐开启未来的细胞组织生物学研究的大门。

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