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3D打印NiCoP/MXene复合电极材料：构建高面积/体积能量密度储能器件

nanomicrolett 2020-10-10 16:50

3D Printing of NiCoP/Ti 3 C 2 MXene Architectures for Energy Storage Devices with High Areal and Volumetric Energy Density Lianghao Yu, Weiping Li, Chaohui Wei, Qifeng Yang, Yuanlong Shao, Jingyu Sun* Nano‑Micro Lett.(2020)12:143 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00483-5 本文亮点 1 . 利用 3D打印 构造厚度和负载量可调可控的电极结构。 2. 全打印的NiCoP/MXene//AC非对称超级电容器 全电池最终得到面积和体积能量密度分别为0.89 mWh cm −2 和2.2 mWh cm −3 。 内容简介 3D打印在电化学储能领域已经得到广泛的应用。一般情况下，具有优异导电性的轻质碳材料成为研究的热点。然而由于碳基器件相对较低的面积和体积能量密度，极大地限制了其在实际中的应用范围。对称型超级电容器具有高的功率密度和安全稳定性，但是它的工作电压较低阻碍了其能量密度的发挥。苏州大学能源学院、苏州大学——北京石墨烯研究院协同创新中心的孙靖宇教授课题组，采用湿法化学及热磷化步骤，结合3D打印构筑非对称超级电容器，这为制备高面积/体积能量密度器件提供新的方法。 该工作可控合成了NiCoP/MXene (NCPM)复合材料，通过3D打印构筑厚度及负载可调的电极，设计制备了NCPM-CNT//AC-CNT的非对称超级电容器，评估了其面积及体积能量密度，得出如下结论：(1)复合材料相比于单独MXene和NCP具有更好的电化学性能；(2)CNT作为墨水的调粘材料，不仅可以维持电极结构的骨架，还可以提供良好的导电网络；(3)3D打印的非对称超级电容器结构最终可实现高的面积和体积能量密度。 图文导读 I NCPM复合电极的制备及打印器件的制备 NCPM的设计是通过湿法化学和原位磷化步骤得到，如图1a所示，磷化步骤以及与MXene的结合可以有效解决双金属氢氧化物导电性差的问题，促进电化学反应的动力学过程。进一步对墨水的微观形貌进行分析，可以发现活性材料与CNT能够较好地交织在一起，进而有效构筑导电网络(如图1b，c所示)。3D打印可以通过控制打印电极的层数，进而制备不同厚度的电极(图1d)。 图1.(a) NCPM材料的合成及3D打印示意图。(b, c) NCPM/CNT墨水的微观形貌。(d) 3D打印设计厚度可调的样品。其中图d中的比例尺分别为8 mm。 II 复合材料的形貌表征 图2考察了NCPM的形貌及结构特征。从高分辨TEM可以发现(图2d)，同一区域存在NCP和MXene两种的晶格条纹，表明NCPM复合材料的成功制备。为了进一步表征合成的NCPM的晶体结构和化学成分，进行了XRD和XPS分析，如图2g-i所示。XRD的数据表明复合材料主要存在NCP的信号；XPS的数据主要表明NCP和Ti 3 C 2 之间存在相互作用。 图2.(a-c)NCPM的SEM及TEM图。(d) NCPM的HRTEM图。(e, f) NCPM的STEM和对应区域的元素Mapping。(g) NC, NCM和NCPM三种材料对应的XRD图谱。(h, i) NCPM的Ni 2p和Co 2p分别对应的XPS谱图。 III 3D打印墨水的流变特性分析 在进行3D打印前，我们需要分析和表征墨水的流变特性，判断其是否满足打印的要求。如图3d-f所示，浓缩后的CNT与CNT/NCPM墨水两者在整个剪切压力范围内都具有剪切变稀的非牛顿流体特性。通过调整打印的速度，可以获得不同宽度的电极、可调负载量的器件，如图3c所示。进一步对冷冻干燥后的电极断面和表面结构进行观察，发现打印后的电极具有丰富的孔道结构，这有利于电解液的渗透和离子的传输(图3g-i)。 图3.(a, b) 3D打印设备和打印电极的实物图。(c) 不同打印速度对应电极宽度分布统计图。(d) 制备的NCPM/CNT和CNT两种墨水的表观粘度与剪切速率的关系。(e, f) 储存模量和损失模量分别与剪切压力和频率之间的关系。(g, h) 打印电极的表面及截面SEM。(i) NCPM/CNT电极在冷冻干燥后的微观形貌图。 IV 打印电极的三电极电化学性能 在扫描速率为10 mV/s的情况下，通过三电极装置分别测试NC、NCP和NCPM三者的循环伏安曲线(CV)，其中较大的曲线面积表明较高的容量存储，从图4b中可以看出NCPM的容量最高。NCPM相对于NCP和NC在结构上具有一定优势，主要由于MXene的引入为双金属氢氧化物的合成提供了更多的生长位点，结合MXene良好的导电性，可以进一步提升电极材料的反应动力学。通过借助3D逐层打印技术，得到厚度不同、负载量不一的电极。分析可得，随着电极厚度的增加，面积负载量也逐渐增大，因此对应较高的面积电容。然而，相对于薄电极，厚电极的离子和电子传输速度较为缓慢，因此相对厚的电极其体积容量可能会受到一定的影响，如图4e所示。 图4.(a) 3D打印不同厚度的NCPM电极的光学照片。(b) 三电极体系测试NC、NCP、NCPM三种电极材料的CV曲线。(c, d) NCPM/CNT在不同电流密度下的GCD曲线及循环稳定性。(e) 不同打印电极的面积和体积容量。(f) 本工作制备的电极与其它体系的对比。 V 打印非对称超级电容器 我们在打印电极的基础上设计了非对称的超级电容器(ASC)，这可以进一步提高整个器件的能量密度。为了达到ASC的最佳性能，正负极要满足电荷平衡( Q + = Q −)，可确定两者的材料比例；并通过CV曲线来确定两电极之间的电压区间为0−1.4 V，如图5b，c所示。在充放电电流密度为12 mA cm −2 的条件下对电化学储能器件进行循环性能测试，在5000次恒流充放电后，ASC仍然保留初始比电容值的87.5%，显示出较好的循环稳定性，如图5f所示。通过对电极厚度的优化，以及拓宽后的电压窗口，最终可以得到整个器件的面积和体积能量密度分别为0.89 mWh cm −2 和2.2 mWh cm −3 (图5g)。 图5.(a) 3D打印非对称超级电容器正负极电极。(b) 在10 mV/s扫速下打印电极的CV曲线。(c) 不同电压区间内的CV曲线。(d) 不同扫速下的CV曲线。(e) 不同电流密度下的GCD曲线。(f) 两电极对应的长循环稳定性。(g) 打印NCPM与其它体系的面积与体积能量密度对比。 作者简介 孙靖宇 本文通讯作者 苏州大学 教授 ▍ 主要研究领域 主要从事烯碳能源材料的控制制备与器件应用研究。 ▍ 主要研究成果 近年来在Adv. Mater., Nature Commun., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., ACS Nano等期刊发表学术论文120余篇。发展了低维碳材料可控生长的Direct-CVD技术，探索研发石墨烯玻璃、石墨烯晶圆、烯碳隔膜等新材料，实现了烯碳基墨汁的宏量制备及能源器件的印刷化集成。研究成果被科学网, Nature Mater., Materials Views, Phys.org等亮点报道。主持国家级人才计划项目、国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项子课题、国家自然科学基金委、江苏省科技厅、苏州市科技局等科研项目7项。获北京大学优秀博士后奖、江苏省“六大人才高峰”、苏州大学优秀博士学位论文指导教师(2019)、苏州大学五四青年奖(2020)、牛津大学Varsity Award等奖励。 撰稿：原文作者 编辑：《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc)，包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子：12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore：12.9，材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区：材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820)，欢迎关注和投稿。 E-mail： editor@nmletters.org Tel： 021-34207624

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3D打印高强度壳聚糖水凝胶支架

heyongzju 2020-7-31 22:06

3D 打印高强度壳聚糖水凝胶支架 近年来，由于其出色的生物相容性，生物活性，生物降解性和无毒性，广泛存在于虾蟹等海洋节肢动物的甲壳和昆虫的甲壳中的天然水凝胶材料--壳聚糖受到了越来越广泛的关注，被认为是组织工程和再生医学中的一种较好的材料。然而， 已报道的研究中，大多使用酸性溶液来溶解壳聚糖粉末，再通过以这种方式获得的壳聚糖水凝胶力学性能差，无法满足组织修复的需求 。 近期EFL团队设计了一种不需要有机溶剂的壳聚糖墨水， 通过碱/尿素水溶剂经过多次融冻循环来溶解壳聚糖，获得壳聚糖水凝胶 ，该墨水具有独特的温致凝胶特性，使得其能够使用埋入式高温凝固浴方法进行打印 。 而在凝胶化过程中，溶液中的壳聚糖分子会自组装成致密的纳米纤维网络，这使得其拥有比酸性溶液制备的壳聚糖水凝胶更杰出的力学性能，满足组织修复的需求。配合EFL的生物3D打印机，复杂的高强度壳聚糖水凝胶支架可以轻松打印 。 除了系统地研究高强度壳聚糖水凝胶的打印工艺和力学性能外，我们还进行了相应的体外细胞实验和动物实验来证明其生物相容性和在组织修复中应用的前景。结果表明，HUVECs细胞可以在打印的支架上顺利生长和增殖，而小鼠皮肤的修复结果也进一步证实了打印的壳聚糖水凝胶支架出色的生物相容性。考虑到强度满足要求， 制造过程未引入有机溶剂 ，这种高强度壳聚糖水凝胶有望成为一种理想的组织修复材料。 题为“3D Printing of High Strength Chitosan Hydrogel Scaffolds without any Organic Solvents”的论文已在线发表在Biomaterials Science，周璐瑜硕士生为第一作者，博士生Hamed Ramezani为共同一作，贺永教授及傅建中教授为通讯作者。特别致谢武大化学学院蔡杰教授一些有益的讨论，也感谢蔡教授及张俐娜院士团队壳聚糖绿色利用方面杰出工作的启发。 图1.高强度壳聚糖水凝胶墨水的配制和打印原理。 图2.高强度壳聚糖水凝胶打印的工艺参数和打印的复杂结构。 图3. 高强度壳聚糖水凝胶的力学性能。 图4. 高强度壳聚糖水凝胶的生物相容性。 图5. 打印的壳聚糖水凝胶支架进行皮肤修复 论文地址： https://doi.org/10.1039/D0BM00896F

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AFM长篇综述：软物质/软材料的3D打印

heyongzju 2020-5-2 19:31

AFM 长篇综述：软物质/软材料的3D打印 88 A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials.pdf 与人体组织具有相似性能的软材料在现代跨学科研究中发挥了关键作用，其被广泛用于生物医疗中。与传统加工方法相比，3D打印可实现复杂结构的快速原型制作和批量定制，非常适合加工软材料（软物质）。然而，软材料的3D打印的发展仍处于早期阶段，并且面临许多挑战， 包括可打印材料有限，打印分辨率和速度低以及打印结构多功能性差等 。EFL团队多年从事3D打印水凝胶、硅胶等软材料的研究，近期EFLers梳理和总结了应对软材料打印的响应策略， 在Advanced Functional Materials上发表了题为“A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials”的长篇综述 。 本综述重点聚焦三点： 1）如何便捷开发可打印材料？ 2）如何选择合适的方法并提高打印分辨率？ 3）如何通过3D打印直接构建复杂软结构/系统？ 我们回顾了用于打印软聚合物材料的主流3D打印技术，归纳了如何提高打印分辨率和速度，选择合适的打印技术，开发新颖的可打印材料以及打印多种材料。系统总结了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展。 1. 主流3D打印技术概述 受到软材料独特的理化性质限制，当前打印软材料的主流技术主要有四种：激光熔融烧结（SLS），光固化打印（SLA、DLP、CLIP、CAL）、喷墨打印（Inkjet Printing、E-jet）挤出打印（FDM、DIW、EHDP）等。每种方法都有自己各自的材料要求以及打印特性。本综述详细介绍了各打印方法的原理、材料要求、打印速度、打印精度和多材料能力，为选择合适的打印方法提供了指南。 图1. 3D打印软材料使用的主流技术 2. 多材料3D打印进展概述 与单一材料的打印相比，多材料3D打印能够直接构造复杂的功能结构，具有更强的可定制性。本综述将软材料的多材料3D进展分为两类：复合材料的3D打印和多种材料的3D打印。前者直接使用复合材料作为打印材料构造复杂结构，后者则通过3D打印过程来构建多材料结构。 使用多材料3D打印的最终目的是为了构建具有强大功能的结构。具体而言，将复合材料运用到3D打印中主要为了：1）提高材料可打印性；2）提高材料机械性能；3）赋予材料新的理化性质（如导电性、磁响应性、形状记忆性等）；4）利用可牺牲组分构建多孔结构。 而对于多种材料的3D打印，则有多种方法来实现多材料的集成，包括：1）多喷头/多墨盒打印；2）同轴打印；3）埋入式打印。其目的可以概括为：1）可牺牲的支撑以构建复杂结构；2）多材料的耦合实现机械增强；3）不同功能的材料集成以构建具有实际功能的结构。 本综述系统概括了相关的进展，为如何利用多材料3D打印构造具有优良性能和强大功能的软材料系统提供了指导。 图2.多材料3D打印概述 3. 软材料3D打印的应用 3D 打印能够便捷地集成多种材料，实现快速原型，为多学科交叉领域应用的验证提供了强大的工具。而软材料具有和生物体相似的性质，在于生物相关的领域发挥了越来越重要的作用。 本综述介绍了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展 ，为软材料3D打印的应用指明了可能的方向。 图3. 3D打印仿生结构 图4.3D打印柔性电子 图5.3D打印软机器人 图6.生物3D打印 4. 展望 未来，集成多种材料以实现复杂应用将会是大势所趋，软材料3D打印的研究重点会在：1）集成高精度和高速度打印以满足复杂结构快速原型的需要；2）开发高度集成的多材料3D打印技术来满足对具有高功能性和复杂多尺度几何形状的打印结构的需求；3）开发新型的打印材料以丰富打印结构的功能；4）将仿生学思想融入设计过程中来构建超性能结构。 图7.软材料3D打印的未来发展展望 题为“A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials”的综述论文已在Advanced Functional Materials 在线刊登。周璐瑜硕士生为第一作者，贺永教授为通讯作者。 论文地址： https://doi.org/10.1002/adfm.202000187 最受关注文章Top10 甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）生物3D打印操作教程 EFL团队2019年度总结 EFL招聘啦！ 3D打印构建全血管网络及肿瘤-血管相互作用初探 自带荧光水凝胶来袭！ 生物3D打印-从形似到神似 多尺度3D打印高生物相容性及力学强度兼具的组织工程支架 高精度3D打印助力水凝胶类生物材料微纳结构精准制造 EFL课题组2018年度回顾 生物3D打印入门概述

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[转载]再生医学高等研究院再生医学微纳制造平台科研人才招聘

kongling814 2019-11-29 13:00

再生医学高等研究院是广州再生医学与健康广东省实验室重点支持的合作中心， 研究院专注于干细胞生物学、再生医学、组织工程、组织和器官重建、精准医学和临床前研究以及再生应用研究，致力于开展创新治疗，搭建高端转化平台，培养再生医学人才，打造世界一流科研中心，务求成为粤港澳大湾区打造世界级科技创新中心的重要组成部分，同时为将来国家实验室的实施做准备。再生医学微纳制造平台以3D打印、微流控等技术为核心，结合新型生物材料的研发，构建可模拟机体内环境的微纳级别结构，研究组织器官再造以及微纳结构对干细胞分化的影响及调控机制，为再生医学的研究提供思路和发展方向。 为中心发展需要，特向海内外高层次人才发送邀请，诚聘精英，具体要求如下： 一、岗位及要求 助理研究员/博士后 （科研岗位）若干 1.在国内外高校或研究所取得或即将取得生物材料、组织工程、纳米医学、3D打印制造、微流控制造、细胞分子生物学等方向的博士学位；或获得相关专业硕士学位后，在研发岗位上从事前沿研究工作3年以上，具有专业技能者; 2.博士后要求年龄不超过35岁，博士毕业三年以内。 3.以第一作者发表过SCI论文，表现出良好的学术发展潜力，具有独立科研工作能力； 4.良好的英文听说读写能力； 5.热爱科研，工作认真、责任心强，有团队组织和协作精神。 
 研究助理/实验室技术员（科研岗位）若干 1.具有生物学、基础医学、材料学、生物材料、组织工程、纳米医学、机械自动化、电气等相关专业背景本科或硕士学历； 2.具有生物化学、生物材料合成和制备、纳米技术、3D打印及微流控建模与制造等相关实验技能； 3.良好的英文听说读写能力； 4.工作认真、责任心强，有团队组织和协作精神。 
 二、薪酬待遇 1.提供具有全球领先的丰厚薪资待遇（年薪制，顶尖人才一人一议，研究员70万+，副研究员35万+，博士后30万+，助理研究员18万+，研究助理12万+），具体面议； 2.提供充足科研经费和齐全的科研设备，为高端人才组建科研支撑团队（副研究员、博士后、助理研究员、研究助理），根据工作能力和贡献发放相应补贴与绩效奖励； 3.鼓励申报国家人才项目、广东省广州市开发区等各级人才项目，获取优厚人才补贴和福利，如广州市高层次人才可获100-500万人才补贴及其他丰厚福利待遇，可与薪酬叠加； 4.高标准缴纳五险一金，带薪年假等全方位福利，多途径协助解决子女入学，住房等生活问题； 5.其他福利待遇参照再生医学省实验室相关规定执行。 三、招聘办法 1.有意向者请将中英文个人简历、过往研究内容、未来研究计划及研究兴趣、发表文章（5篇以内的科研代表作）、三封推荐信（或推荐人姓名与联系方式）及其他能证明本人能力水平的有关资料打包发送至以下邮箱：kong_ling@grmh-gdl.cn, weixinrainlp@hotmail.com；，邮件主题请标注：“应聘岗位+姓名”； 2.我中心承诺对应聘者提交的所有材料严格保密，将根据应聘者履历情况、研究成果、研究计划及发展潜力等各方面进行初筛评估； 3.初审后，将以电邮形式通知符合条件者面试的具体时间、地点及相关事项； 4.初审未通过的应聘者不再另行通知，三月内未收到回复的默认为未通过初审； 5.本次招聘自本通知发布之日起长期有效，欢迎海内外志同道合的科研工作者加入，与学术大咖一同致力于重大前沿学术问题的创新研究！

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柔性线框模具实现微纳结构的无损伤脱模- 高精度3D打印助力水凝胶类生物材料微纳结构精准制造

heyongzju 2019-11-16 15:28

吕尚_2019_Biofabrication_10.1088_1758-5090_ab57d8.pdf 柔性线框模具实现微纳结构的无损伤脱模- 高精度3D打印助力水凝胶类生物材料微纳结构精准制造 摘要： 水凝胶由于其优异的生物学性能，在生物医药，组织工程领域得到了广泛的应用。然而， 高生物相容性的水凝胶通常软而脆，力学性能，成形性能差，从而难以进行微纳尺度制造。 浇注脱模法是传统而有效的微纳制造工艺，但脱模时常会破坏水凝胶，产生各种微纳缺陷。 究其根本原因，现有的模具和待成形结构间全面而亲密的接触导致脱模时脱模应力过大，局部的微纳结构被拉扯断裂产生缺陷 。EFL团队（浙江大学贺永教授团队）提出了一种新型的模具设计思路： 柔性线框模具，改原来的亲密面接触为疏远的线接触，从而实现将脱模应力降低到可以忽略的地步，实现无损伤脱模 。我们发展了一套近场直写高精度3D打印方法来实现这种柔性线框模具的高效制造，可实现 500nm-100um微纳尺度结构制造 。基于该方法，可方便灵活的在生物水凝胶表面构造各种微纳结构，实现了兼具优异力学性能以及亲水性的凝胶微流控芯片的高效制造，并展现了其在 细胞定向，细胞行为研究、细胞图案化等方面的应用 。此外，这种柔性线框模具实现无损脱模方法还可以应用到其他材料，成为软脆性材料微纳制造的一种通用方法（图1）。 图1. 微线框模具，凝胶基微流控芯片制造流程及相关应用 论文已被生物制造领域的顶级期刊 Biofabrication 所录用，吕尚博士生为一作，贺永教授为通讯作者。论文信息：Micro/nanofabrication of brittle hydrogels using 3D printed soft ultrafine fiber molds for damage-free demolding， Biofabrication ， https://doi.org/10.1088/1758-5090/ab57d8 课题组利用自主研发的高精度近场直写3D打印设备（ EFL-BP5800 ），通过在基底上沉积任意图案微纳尺度柔性纤维，制成柔性线框模具。随后通过浇注和无损脱模过程，实现在材料表面的微纳结构制造（如图1）。不同于传统IC工艺或者软光刻工艺中的高硬度，整体式模具，柔性线框模具由软纤维构成，并且结构可拆分。利用模具的这一特性，脱模时可不用一次性整体分离材料和模具，而是先将纤维与材料一起同基底分离，再将纤维剥离材料。由于这一过程中，纤维同材料永远是一种局部小面积接触，相较于传统方式产生的脱模应力极小，因而可以实现无损伤脱模。（如图2） 图2. 传统脱模与无损脱模的模具与脱模过程对比 我们分别从力学角度和有限元分析视角将我们的脱模方法同传统方法进行比较。从力学角度而言（如图3），传统脱模方式脱模应力产生的原因主要有4点：界面粘附，机械摩擦，材料弯曲产生应力以及不对称脱模对材料产生的附加力矩。而前两个因素产生的整体力与材料同模具间的接触面积成正相关，所以如何降低接触面积，成为降低应力的一个关键。我们提出的无损伤脱模正是通过让纤维与材料在分离过程中始终保持一个局部接触，来大大降低接触面积。除此之外，剥离纤维过程中，材料的弯曲几乎可以忽略，因而又可以消除弯曲应力。所以，我们提出的脱模方式可以大大降低脱模应力，实现对脆性材料的无损伤制造。接着，从有限元角度（如图4），我们建立了模拟两种脱模方式的模型，并不断增大过程中的接触面积。结果显示， 无损脱模方式可以将脱模应力维持在一个相当低的水平，相反，传统脱模方式产生的应力随着接触面积的增大急剧上升，预计会在几平方厘米的范围内比无损脱模方式产生的应力高出好几个数量级 。 图3. 传统脱模与无损脱模宏微观力学分析对比 图4. 传统脱模与无损脱模有限元分析对比 为了实现可控微纳结构制造，我们探索了相应的近场直写3D打印工艺和流道成形工艺（如图5）。通过调整近场直写3D打印的工艺参数， 我们可以实现500nm-100um直径的纤维以及复杂图案沉积 。除此之外，我们还统计了相应的流道成形参数以及所用水凝胶的溶胀对流道参数的影响。 图5. 近场直写3D打印及流道成形工艺 我们首先将上述工艺制造的微结构用于实现毛细微流控（如图6）。由于整块芯片都基于水凝胶，所以其亲水性极好。加上流道的直径都在100um以下，所产生的毛细驱动力十分充足，以至于我们可以利用其在流道中自动运输液体和细胞。除此之外，我们实现了多尺度仿生血管网络的微流控芯片的灌流，展示了该工艺在器官芯片领域的应用潜力。 图6. 微流控应用 最后，我们通过调控流道直径来实现对细胞定向生长的诱导（如图7）。结果显示，细胞定向生长得程度与流道直径高度相关，这种现象是流道的物理限制以及细胞对环境应力响应的综合结果。 图7. 细胞图案化应用

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AFM:液态金属-硅胶墨水实现柔性电子的全打印制造

heyongzju 2019-10-17 09:02

AFM: 液态金属-硅胶墨水实现柔性电子的全打印制造 75 All-Printed Flexible and Stretchable Electronics with Pressing or Freezing Ac.pdf 背景： 近年来，具有出色的可变形性和环境适应性的柔性电子设备在软机器人，人机接口等领域展现出了巨大的潜力。在各类柔性导电材料中，液态金属由于其高导电性和本征可拉伸性而被广泛使用。浙江大学机械工程学院贺永教授课题组，在硅胶及液态金属的可打印性上做了系列探索，如提出了液态金属/柔性材料的共生打印，通过外喷头高粘性的硅胶与内喷头的液态金属时刻接触，抑制液态金属的挤出时的成球效应从而成功实现液态金属3D打印 （ ACS AMI, 2018, 10, 23208-23217 ） 。 开发了通用的多材料硅胶打印方法，首次报道了超过2000%拉伸率的高弹性硅胶能打印成形 （ ACS AMI, 2019, 11, 23573-23583 ） 。 摘要： 受限于液态金属大的表面张力和低的粘度，当前很难用一种简单的方式高效、高精度的打印液态金属，此外，液态金属的强流动性也使得在局部破坏发生时极易产生泄漏，进而导致柔性器件的失效，这些问题严重限制了液态金属基柔性电子设备的制造和应用。针对上述挑战，课题组提 出了一种独特的液态金属-硅胶墨水和相应的多材料3D打印工艺用以制造全打印的液态金属基柔性电子设备。 相关工作以题为“All-Printed Flexible and Stretchable Electronics with Pressing or Freezing Activatable Liquid Metal-Silicone Inks”在Advanced Functional Materials（IF=15.621）期刊上在线发表。周璐瑜硕士生为第一作者，贺永教授为通讯作者。 https://doi.org/10.1002/adfm.201906683 这种液态金属-硅胶墨水是一种液态金属微滴和硅胶的浓缩混合物，具有独特的电气性能： 初始状态不导电 ， 但在机械激活（按压或冷冻）后导电 。激活后的液态金属-硅胶墨水继承了液态金属出色的导电性、可拉伸性和对变形灵敏的电气响应，是一种理想的柔性导电材料。同时，该墨水还具备出色的可打印性，能够在用简单的挤出打印设备实现柔性电路的高速度、高精度打印。此外，由于与常用的柔性材料——硅胶具有相同的组分， 液态金属-硅胶墨水能与硅胶基底形成可靠的粘接，从而避免了局部破坏时导电材料的泄漏 ，提高了柔性器件的可靠性。液态金属-硅胶墨水的这些优点使得高效、高精度的打印高度可靠的液态金属基柔性电子器件成为了可能。 图1. 液态金属-硅胶墨水的制备和相应的多材料3D打印工艺 为了探究液态金属-硅胶墨水的激活导电机理，我们分析了其激活前后的微观结构变化，发现其激活过程本质上是分离的液态金属微滴在机械力作用下的挤压融合过程，激活后的液态金属连接形成了一个连续的导电网络。 图2. 液态金属-硅胶墨水的微观结构和激活原理 为了实现高速度、高精度的打印，我们探究了打印参数对打印分辨率的影响，在相应的模型指导下，使用市售的点胶针头就能够超过30mm/s的速度打印线径小于100微米的柔性电路。 图3. 打印参数对液态金属-硅胶墨水打印速度和精度的影响 同时，我们也系统研究了液态金属-硅胶墨水的电气性能，结果表明该墨水具有高导电性、高重复性、低滞后的优点，同时能与柔性基底形成可靠的粘接以减轻机械破坏带来的电气影响。 图4.液态金属-硅胶墨水的电气性能 为了展现液态金属-硅胶墨水的应用潜力，我们使用开发的多材料打印工艺和设备成功打印了一系列典型柔性电路，包括多层柔性电路、应变传感器以及可以监测手指弯曲的数据手套。同时，利用液态金属-硅胶墨水独特的激活特性，一些有趣的应用，例如按压/冰冻开关可以被直接制造，而不需要任何的复杂的结构设计。这些应用展现了液态金属-硅胶墨水在柔性电子领域出色的应用潜力。 图5. 使用液态金属-硅胶墨水和相应的多材料打印工艺打印的柔性电子器件 图6. 利用液态金属-硅胶墨水独特的激活特性制造的按压/冰冻开关

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多尺度3D打印高生物相容性及力学强度兼具的组织工程支架

heyongzju 2019-10-16 15:09

多尺度3D打印高生物相容性及力学强度兼具的组织工程支架 3D printed multi-scale scaffolds with ultrafine fibers for providing excellent b.pdf 组织工程支架是组织工程中常见的细胞粘附载体，提供了细胞生长发育的脚手架。从临床修复角度看，理想的组织工程支架需要兼顾 生物相容性和足够的机械强度 。常见的壳聚糖等生物支架通常有很高的生物相容性，却没有足够的机械强度，而像聚乳酸类支架不亲水，强度足够，生物相容性又较弱。目前思路是在支架上修饰另一材料来改善支架的生物相容性，然而涂层修饰时引入其它材料又使得该支架走向临床存在很大难度。 有没有可能通过纯物理结构的调整来大幅提升原有生物支架的生物相容性？ 近期，浙江大学贺永教授课题组设计了一种多尺度支架，其策略是通过支架中的粗纤维（100μm左右）网络提供足够的机械强度支撑，超细纤维（2-3μm）网络提供更易于细胞粘附的微环境以促进细胞粘附，增殖。课题组还开发了用于打印多尺度支架的多尺度3D打印系统（MSDWS），可实现同一个喷头打印3μm到600μm精度的生物支架。 相关论文3D Printed Multi-scale Scaffolds with Ultrafine Fibers for Providing Excellent Biocompatibility已被Materials Science Engineering C在线刊登， https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110269 。高庆博士后、谢超淇博士及王鹏硕士为共同一作，贺永教授为通信作者。 我们阐述了多尺度组织工程支架为何能实现力学强度及生物相容性的兼顾（图1）。细胞在支架上的粘附生长，犹如一个人爬一颗大树一样，对于较粗的主干部分，人难以抱住，上升比较困难，而对于较细的支干部分，由于可以抱住整个枝干，人可以轻松地向上爬行。同样，细胞约在10微米尺寸，对其2-3微米直径的超细纤维可以轻松抓握及粘附，而对于100微米这样尺度的支架则无法轻松粘附，也就难以有很高的生物学性能。 Fig.1 多尺度组织工程支架设计思路 论文中提出制造一种既具备机械强（宏尺度纤维）又可以使细胞具有良好的生长微环境（微尺度纤维）供其进行粘附，增殖，分化等的多尺度支架。结合现有组织工程制造技术（熔融沉积成型技术和近场直写技术）， 研发了该宏微两尺度支架的生物3D打印机 ，该平台的主要特点是通过控制系统的协调响应，使得通过在同一平台同一个喷头可以制造出本课题提出的组织工程支架。通过探究宏微两尺度支架制造工艺，实现宏微尺度支架制造。最后，为了探究宏微两尺度支架的体外兼容性，使用骨髓间充质干细胞（BMSCs），对制得的支架进行了体外二维细胞和三维细胞培养实验，验证其在组织工程应用上的可行性和多功能性。 Fig.2 多尺度支架制造原理。（A）多尺度支架设计示意图。细丝提供机械强度，细丝提供细胞粘附的微环境；（B）MSDWS示意图；（C）多尺度支架打印；（D）多尺度支架细胞活动上的应用。 Fig.3 FDM和EHD打印工艺表征。（A）影响纤维丝径参数示意图，包括气压，温度，打印速度；（B）（I）FDM打印中，打印参数对丝径的影响；（II）通过调整速度，粗纤维丝径从180μm变化到330μm（C）（I）EHD打印中，打印参数对丝径的影响；（II）通过速度调整，细纤维丝径从2.48μm 变化到 18.3μm；（D）EHD打印的复杂结构，包括（I）蜘蛛网状，（II）花环状，（III）蜗牛壳状。 Fig.4 MSDWS制造的多尺度支架。（A）细纤维90°填充多尺度支架；（B）细纤维45°填充多尺度支架；（C）细纤维60°填充多尺度支架；（D）打印速度和粗纤维沉积距离对多尺度支架的影响；（E）多层多尺度支架。 Fig.5 不同纤维支架机械强度表征。（A）不同纤维支架的代表性拉伸应力/应变曲线；（B）不同纤维支架的拉伸模量；（C）不同纤维支架的代表性压缩应力/应变曲线；（D）不同纤维支架的压缩强度。 Fig.6 多尺度支架生物相容性分析。（A）多尺度支架BMSCs种植和培养示意图；（B）多尺度支架和宏尺度支架细胞粘附对比图；（C）多尺度支架和宏尺度支架细胞增殖对比图；（D）第1,3,5和7天，多尺度支架细胞形态改变和相互作用；（E）细胞迁移到粗纤维上并覆盖多尺度支架所有纤维。 Fig.7 基于协同增强效应，包裹GelMA水凝胶的支架3D细胞培养。（A）BMSCs种植和培养示意图；（B）第一天BMSCs活死染色荧光图表明其圆形形态；（C）第七天细胞骨架图表明其伸展；（D）细胞荧光骨架染色图表明BMSCs迁移至细丝上。 SEM，共聚焦和力学测试等相关测试及评价均在苏州智能制造研究院测试中心进行。研究工作获得了国家自然科学基金、国家自然科学基金创新研究小组基金与中国博后科学基金的资助，特此表示感谢。

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3D打印构建全血管网络及肿瘤-血管相互作用初探 Materials Horizons

heyongzju 2019-8-31 11:51

3D 打印构建全血管网络及肿瘤-血管相互作用初探Materials Horizons Construction of multi-scale vascular chips and modelling of the interaction between tumours and blood vessels MH 血管论文.pdf 摘要：人体的营养输送、药物作用、肿瘤迁移等主要依赖血供系统，因而血供循环系统（动脉-毛细血管-静脉）的体外重建可为从整体角度模拟人体的各种生理行为提供可能。这个系统重建主要有两个要点：1）尺寸上要包含数mm的血管到数10微米的毛细血管这样一个多级网络；2）这个多级网络要具有血管的很多生理功能。 在载有细胞的生物材料（水凝胶）内建立完整的血供循环系统（动脉-毛细血管-静脉）对构建体外生理病理模型具有十分重大的意义。但是现有的血管构建手段普遍局限在某一特定的尺度范围内，并且对于毛细血管网络的重现十分有限，大多依靠昂贵的化学诱导。此外，迄今为止缺乏一种灵活构建个性化组织器官体外模型的通用方法，这严重制约了疾病研究以及药物开发的进展。 有没有可能发展出可以同时构造包含大血管和毛细血管的整个血管网络的新方法？有没有可能发展出一种可以灵活构建具有个性化结构和功能的体外模型的新方法？ 考虑到水凝胶材料有优异生物兼容性，这几年浙江大学机械工程学院贺永教授课题组一直在探索 直接基于水凝胶直接构造微流控芯片以及体外组织/器官模型 。包括用生物 3D 打印的方法直接打印血管网络结构（ Biomaterial,2015, 61, 203-215; ACS biomaterials science engineering,2017, 3, 399-408 ; Small,2018, 14, 1802630;Small, 2018,14, 1802187 等），利用水凝胶的交联特性提出了水凝胶微流控芯片全新的封装思路，二次交联封装方法（ Small ， 2018 ， 14 , 1802368 ）。 近期课题组发明了一种在水凝胶材料上制造多级血管网络的新方法：通过课题组研发的高精度3D打印机打印多级的流道网络模板，利用二次交联原理实现水凝胶流道的封装。我们成功的在体外重建的完整的血供网络（动脉-毛细血管-静脉），以及高度分叉网络，螺旋血管，血管狭窄等。建立了具有功能性血管网络的大块乳腺肿瘤组织。 考虑到目前肿瘤致病机理研究一直缺乏可靠的体外平台，我们还探究了一个设想：有无可能在体外观测到肿瘤的转移行为？（肿瘤细胞何时能侵入血管，何时又再穿透血管实现肿瘤转移？）为此我们基于多级血管网络构建了一个血管-肿瘤共培养模型，为研究肿瘤和血管之间的相互作用提供了新思路。在此模型上进行了肿瘤细胞的迁移模拟，抗肿瘤药物的筛选，以及肿瘤发展过程的模拟。内置血管为研究肿瘤细胞跨内皮行为以及血管对药物的屏障功能提供了可行的工具。这一新方法还可用于构造更多有意义的体外模型，有望广泛应用于含血管结构的体外病理模型的构建中。 相关论文“ Construction of multi-scale vascular chips and modelling of the interaction between tumours and blood vessels ”已被 RSC 杂志社的旗舰期刊 Materials Horizons （ IF=14.356 ）录用。聂晶博士生、高庆博士后及谢超淇博士生共一，贺永教授为通讯作者。 https://doi.org/10.1039/C9MH01283D 图 1. 多尺度血管芯片构建流程（ 1 、多级流道网络设计； 2 、高精度模版打印； 3 、水凝胶浇注； 4 、模版去除； 5 、通过二次交联键合上下两片水凝胶； 6 、细胞加载） 课题组产业化近场直写3D打印机（论文中高精度模版打印设备） 图 2. 高精度 3D 打印相关工艺参数与流道网络图案（融合了挤出及近场直写两种 3D 打印工艺，可实现 5 μ m 的打印精度） 为了验证此方法构造多尺度结构的可行性以及个性化结构的灵活性，研究者分别构建了不同尺度的血管流道，并构造了多种具有生理学意义的形态的血管模型：分叉血管网络、螺旋血管、血管狭窄。 图 3. 具有不同尺度和形态的内皮化流道 为了验证此方法用于构建大块血管化组织的能力，研究者利用此方法构建了一个包含有内部功能化血管网络的乳腺肿瘤组织，内部血管网络展现出血管的生理学和病理学功能。 图 4. 血管化的肿瘤组织模型 为了初步探索肿瘤组织与血管之间的相互作用，研究者设计并构造了一个平行流道模型用于肿瘤组织和血管的共培养。并在此模型上模拟了肿瘤细胞的迁移行为，以及血管对抗肿瘤药物的内皮屏障功能。 图 5. 肿瘤细胞迁移和抗肿瘤药物筛选 肿瘤的发展经历了一系列阶段，借助于平行流道模型，研究人员重现了肿瘤发展过程中的几个关键步骤：原位肿瘤形成，肿瘤血管化，以及肿瘤细胞向血管的迁移。 图 6. 肿瘤发展过程模拟 本研究提出了一种多尺度血管芯片，并提供了一种灵活构建带有血管结构的生理模型的通用策略。借助于此结合多尺度三维打印以及二次交联的工艺，科研人员将能够构建一系列体外模型用于生物医学研究，如肿瘤发展过程的研究，肿瘤和血管相互作用的探索，以及抗肿瘤药物的筛选等。研究工作获得了国家优秀青年基金、国家基金两化融合联合基金重点、国家重点研发计划的资助，特此表示感谢。

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3D打印超高精度生物支架实现纯支架结构调控细胞生长

heyongzju 2019-8-4 21:02

3D 打印超高精度支架实现纯支架结构调控细胞生长 摘要：常规3D打印聚合物，精度只能控制在100-200微米量级（主要指打印出的纤维直径），考虑到细胞的尺寸在10微米左右，如果打印一个生物支架，100微米粗的柱子对10微米尺寸的细胞就有点像一座大山，细胞爬满整个支架的效率很低。如果将支架丝径降到接近乃至小于细胞尺度，会有什么有趣的现象呢？我们引入了近场直写打印方法，打印了异质支架（可控直径、可控密度、可控硬度），所打印的异质支架丝径可从3微米-50微米可控，用这个支架，我们研究了细胞与支架的相互作用，发现了细胞可以像竹子一样定向生长，随着结构的变化，细胞在支架上有多种未见报道的现象。 作为细胞的载体，组织工程支架被广泛应用于三维细胞培养。而支架与细胞的相互作用也在组织工程领域引起广泛关注，支架的刚度、孔径等因素会显著影响细胞的粘附、增殖、分化等。而传统的3D打印支架由于纤维直径远大于细胞尺寸，无法产生上述的相互作用；具有超细纤维的静电纺丝支架则由于纺丝过程不可控，只能获得均匀结构。浙江大学贺永教授课题组提出了一种基于近场直写的力学强度可调、丝径与孔径可控的非均质支架（MEWHS），通过调控支架结构诱导细胞的特定生长。 区别于传统的静电纺丝（纤维不可控）与熔融沉积的3D打印（纤维直径太大），近场直写技术能够实现超细纤维（几微米到几十微米）的可控沉积。通过对近场直写路径的规划，可以调节支架各部分的孔径大小，调节细胞的粘附与生长速度。由于近场直写获得的纤维与细胞大小相仿，细胞的粘附将对纤维的直径变化非常敏感。通过对打印过程中各项参数调控，纤维直径能快速变化，辅以粗细纤维的特定排布，细胞在支架上将呈现不同的生长形态。 图 1. 非均质支架原理示意图 不同细胞具有不同大小与形态，即使在同一支架上也会呈现不同形态。如BMSCs（骨髓间充质干细胞）通常能伸长超过100微米甚至200微米，而HUVECs则通常小于100微米。在孔径为200微米的支架上，BMSCs会直接跨过孔隙，在纤维之间“搭桥”，而HUVECs则会沿着纤维粘附，先把方孔围城圆形，再渐渐填满。 图 2. 不同尺寸细胞在支架上的形态差异 利用近场直写的可控沉积，制造的支架可以具有不同的孔径与孔隙形状，为之后更深入研究细胞-支架相互作用提供可能。在实验中，接种了HUVECs的非均质支架，不同区域的细胞数量在第7天有了明显的区别。 图 3. 孔隙不同的支架与细胞增殖的差异 研究人员探索了对纤维直径产生影响的多种因素，最后选择速度作为打印过程中控制直径的主要变量，实现在均匀的孔径下实现支架的非均质特性。在这种情况下，支架的不同区域具有不同力学强度，在不同方向的受力作用下，将产生不同程度的变形。通过更细致的直径调控，粗细纤维能组成复杂图案，如五角星、太极、求是鹰的图案（细纤维肉眼观察比粗纤维更透明）。 图 4. 可控的纤维形成的具有不同力学强度与图案的支架 纤维直径不同也会对细胞粘附产生影响，细胞在接触粗纤维时更倾向于整体粘附与粗纤维表面，以圆形方式填充孔隙；而在接触细纤维时细胞则更倾向于以一端缠绕细纤维，进而形成“搭桥”。由此，细胞在特定排布的粗细纤维上，产生了明显的定向生长趋势。 图 5. 细胞在特定粗细纤维排布上产生的定向效果 图6 课题组所产业化的高精度生物3D打印机EFL-BP5800 本研究提出了一种非均质支架，并提供了通过设计特殊支架结构来诱导细胞生长的策略。借助于高精度的非均质支架，科研人员将能够更好地模拟体内复杂的环境。 相关论文“ Structure-induced cell growth by 3D printing of heterogeneous scaffolds with ultrafine fibers” 已被Materials Design 录用。 DOI：10.1016/j.matdes.2019.108092

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ACS AMI：通用的3D打印多材料高弹性硅胶方法

heyongzju 2019-6-19 22:24

ACS AMI：通用的3D打印多材料高弹性硅胶方法 Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomers 论文链接： http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b04873 71 Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomers.pdf 摘要：硅胶及硅橡胶（PDMS）等典型的软物质材料在柔性电子、医疗器械、可穿戴设备及柔性机器人等领域有广泛的应用。然而当前的大部分硅胶材料由于长固化时间及低粘度特性，并不适合3D打印。本论文给出了硅胶及PDMS类软材料的一种通用3D打印解决方案，可实现各种硅胶的高效、高质打印而不改变原有的力学性能。我们建立了打印的理论模型，系统地分析了硅胶类高弹性体的可打印性，引入了纳米二氧化硅来改善流变及可打印性。我们首次报道了超过2000%拉伸率的高弹性硅胶能高质量通过3D打印成形。为了展示多材料3D打印的前景，我们打印了了医疗假体、数据手套及软体机器人用人工肌肉，我们相信系统的解决各种硅胶的3D打印，将会为软材料的广泛应用提供支撑。 硅胶弹性体由于出色的柔性和生物相容性，广泛应用在医疗假体，柔性电子设备和软机器人等领域。但是，受限于其较低的粘度和较长的固化时间，大量的高性能硅胶弹性体无法高精度打印。 为了解决硅胶弹性体的打印难题，我们提出了一种硅胶 3D 打印策略，从材料、设备和工艺三个角度系统研究了目前硅胶 3D 打印面临的技术困境，并提出了相应的解决方案。具体来说，我们通过添加流变改性剂（纳米二氧化硅）来改善硅胶的可打印性，利用边混合边打印的喷头实现了打印时间的无限延长。同时，为了提高打印的速度和精度，我们建立了打印过程的理论模型，利用该模型，硅胶打印的精度可以被准确的预测和控制。这个全面的策略为 3D 打印硅胶的应用提供了有力的指南。 图 1. 硅胶 3D 打印策略的总体框架 为了使硅胶可打印， 我们在市售的硅胶中添加了纳米二氧化硅作为流变改性剂。分散在硅胶中的纳米二氧化硅颗粒会与硅胶分子链产生弱的相互作用，使得材料体系的粘度显著增加。而在剪切力作用下，这些相互作用会被破坏，从而使得材料体系的粘度降低 。 基于这个原理，硅胶就能在挤出打印后保持设计的形状而不发生结构坍塌。同时，市售的双组分硅胶在室温下也会缓慢固化，如果将硅胶事先混合好再打印，那么可打印的时间将会被严重限制。因此，我们使用了一种实时混合的打印头。在这个打印头中，硅胶的两种组分被分开储存，而在打印时被同时挤出并在混合叶片的辅助下充分混合。用这种方式，硅胶的打印时间就能无限地延长。 图 2. 硅胶 3D 打印的材料改性策略 一个可靠的理论模型对于提高硅胶 3D 打印的精度和速度是至关重要的，在这项工作中，我们建立了挤出打印过程的理论模型，通过控制气压、喷嘴直径和打印速度，打印的精度可以被准确的预测和控制。而通过选择合适的气压和喷嘴，就能在保持打印精度的同时，有效地提高打印的速度。 图 3. 硅胶 3D 打印过程的理论模型 更值得一提的是，我们提出的这个策略对于不同种类的硅胶是通用的。无论是热固化硅胶还是光固化硅胶，亦或是不同硬度的硅胶，均可以使用这个策略进行打印。一些具有出色力学性能的硅胶，例如可以被拉伸到 2000% 的硅胶，也被成功地打印成复杂的二维 / 三维结构。 图 4. 高弹性硅胶 3D 打印及复杂结构精确打印 最后，我们使用这项策略打印了一系列的柔性电路和人工肌肉，展现了它在柔性电子和软机器人等领域出色的应用潜力。 图 5. 使用硅胶打印的柔性电路 图 5. 使用硅胶打印的人工肌肉 题为“ Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomer ”的相关论文已发表在 ACS Applied Materials Interfaces (IF=8.1) 上，周璐瑜硕士为第一作者，贺永教授为通讯作者。 论文链接： http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b04873

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[转载]电纺3D打印制备含同轴静电纺丝多层软骨复合体

ucalery 2019-5-10 16:05

易丝帮讯 近日， 上海交通大学医学院附属第九人民医院乔之光 等人采用 同轴静电纺丝3D打印技术 ，可以精确的控制纤维直径与打印路径，且较普通喷涂式打印极大地提高打印精度，单丝直径最细可达10μm，而同轴纺丝技术则可使我们获得内层含有细胞因子的双层纤维，在支架上分层诱导相应种子细胞向所对应层次的细胞分化，最终形成类似于正常软骨组织的成分层次结构。 该方法所获得的复合体具有类似正常关节软骨组织的分层结构，且结构精度高，负载细胞因子有利于促进细胞增殖分化，利于软骨损伤的修复。 　　据悉，关节软骨的损伤及退变是一种非常常见的疾病形式，也是骨科临床工作中主要面对的问题之一，随着我国人口老龄化的不断加重，且由于关节软骨乏血管及自身修复能力差的特点，因关节软骨损伤及退变而导致的各种疾病的发生率也逐年升高。因此，如何干预或诱导软骨损伤的修复成为了现在研究的重点。对于软骨损伤，目前的治疗方法主要为微骨折术或软骨移植术，但前者所形成软骨功能较差，而软骨移植术则限于供体区域不足。因此，在之前部分研究采用可吸收支架，负载干细胞或细胞因子后移植于损伤区域。但这种方法，所生成的软骨不存在正常软骨的分层结构，因而，在功能上不能提供正常软骨的耐摩擦及支撑作用，容易再次损伤并引起症状，因此， 除了提高手术技巧和康复计划外，需要一种有效的方法使得软骨的正常结构和功能得到重建与修复。 图1多层软骨复合体支架的制作流程图。 　　 与现有技术相比，该发明的有益效果是： 该方法采用同轴静电纺丝3D打印技术，可以精确的控制纤维直径与打印路径，且较普通喷涂式打印极大地提高打印精度，单丝直径最细可达10μm。而同轴纺丝技术则可使我们获得内层含有细胞因子的双层纤维，在支架上分层诱导相应种子细胞向所对应层次的细胞分化，最终形成类似于正常软骨组织的成分层次结构，该方法所获得的复合体具有类似正常关节软骨组织的分层结构，且结构精度高，负载细胞因子有利于促进细胞增殖分化，利于软骨损伤的修复。 　　 附：专利信息 　　 专利名 电纺3D打印制备含同轴静电纺丝多层软骨复合体 申请公布号 CN 109701079 A 申请公布日 2019.05.03 申请号 201910073896 .9 申请日 2019 .01 .25 申请人 上海交通大学医学院附属第九人民医院 发明人 乔之光　韩煜　戴尅戎　孙彬彬　连梅菲　唐佳昕 链接地址： http://www.espun.cn/news/detail-802.html 文章来源： 易丝帮

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采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统

ucalery 2019-1-13 16:41

易丝帮讯 近日， 上海大学胡庆夕老师 等人发明公开了 一种采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，用于组织工程结构生物3D打印技术领域。 通过采用含多喷嘴的同轴喷头装置，结合生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，利用气体辅助压力供料，由“时间-压力”模型挤出成型工艺原理，经由控制系统控制成型台、三维运动机构的运动、喷射装置的喷料以及静电纺丝装置的喷料， 实现多物质组分在三维支架空间定点定量挤出制作具有复杂外形轮廓的生物结构体支架，并能实现生物材料、细胞、生长因子等多组分材料的多梯度打印 ，对组织工程支架的复杂梯度制备具有重要意义。该系统具有可控性好、高度自动化、简单可靠、工艺性好、生产成本低、安全性高。 　　生物3D打印是生命科学、材料科学、制造科学交叉融合的新兴产物，在生物体外构建具有一定生物功能的组织和器官，用于病损组织和器官的修复与替代。细胞在组织工程支架上的粘附和生长一直以来是这一领域的研究热点，实现了细胞的良性生长，组织工程结构才可能具有临床意义。此外，构建复杂组织结构的技术也是组织工程研究的主要热点方向之一。使构建的人工组织及器官更贴近原生组织成分以及更好地模拟人体的实际生理微环境一直是近年来组织工程技术研究努力的方向。 　　 针对现有技术的不足 ，配合采用同轴多喷嘴装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统设计了一款内含多喷嘴的同轴喷头机械结构，通过气体辅助压力供料由“时间-压力”模型实现壳层粘稠性较大纤维的连续挤出与芯层多个喷头离散喷射液滴，将两种喷射方式相结合，并与静电纺丝工艺进行复合。整套装置具有简单可靠、自动化程度高、可控性好、工艺性好、生产成本低、安全性高、易于维护与清洗等优点，且能实现多种功能性物质的空间定点定量的加载，成型具有复杂三维结构多物质组分的生物结构体支架。 图1含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统的实施例结构示意图。 图2含多喷嘴的同轴喷头喷射装置的结构示意图。 图3 喷射装置芯层90°弯的定位以及夹紧结构示意图。 图4 喷射装置芯壳层的结构示意图。 图5“时间-压力”型供料系统示意图。 图6整个系统复合的简易工艺流程。 在图1至图4中：1—X轴运动机构 2—Y轴运动机构 3—Z1轴运动机构 4—Z2轴运动机构 5—横梁 6—微量泵 7—同轴喷头装置 8—成型台 9—下定位板 10—下支撑板 11—上支撑板 12—上定位板 13—针筒 14—芯壳层筒套连接棍 15—芯层针筒套16—紧固螺栓 17—壳层针筒套19—紧固螺钉 20—同轴喷头支撑板块21—紧固螺栓 22—喷头装置总出料口针头 23—芯层90°弯的供料喷嘴 24—流体上通道 25—流体下通道 26—计算机系统 Ⅰ—三维运动机构 Ⅱ—喷射装置 Ⅲ—控制及数据处理系统 Ⅳ—静电纺丝装置 　　该发明所述系统利用含多喷嘴的同轴喷头喷射装置、静电纺丝装置、三维运动机构以及控制系统通过气体辅助压力供料由“时间-压力”模型实现壳层粘稠性较大纤维的连续挤出与芯层多个喷头离散喷射液滴，两种喷射方式相结合，从而实现具有复杂外形轮廓多组分在三维支架空间定点定量挤出的生物结构体支架制作，以及实现生物材料、细胞、生长因子等多组分材料的多梯度打印。该系统具有结构简单可靠、自动化程度高、易控制、安全性高、易于维护与清洗等优点。 　　 附：专利信息 　　 专利名 采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统 申请公布号 CN 109177147 A 申请公布日 2019.01.11 申请号 201811007717 .3 申请日 2018 .08 .31 申请人 上海大学 发明人 胡庆夕　苏彩平　张海光　谢明亮　江彪 ​链接地址： http://www.espun.cn/news/detail-644.html 文章来源： 易丝帮

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江南大学：一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法

ucalery 2018-10-29 16:37

易丝帮讯 近日， 江南大学肖学良 等人明公开了一种 基于静电纺原理的 3D打印 装置及打印方法 ，装置包括微量注射泵；微量注射泵的注射出口连接至打印喷头的原料接收口之上；打印喷头固定于三维空间移动框架之上；还包括位于打印喷头下方的接收平台；还包括高压电源；高压电源的正极连接在打印喷头之上；高压电源的负极连接在接收平台之上；所述接收平台的平面分隔为多个栅格单元；在接收平台下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元的电压。 该发明首次提出将静电纺丝技术与3D打印技术相结合理念，从而实现功能更加全面的3D打印装置。 　　熔融沉积制造技术(FDM)是将低熔点丝状材料通过热熔喷嘴加热挤出，同时三维喷头按照CAD分层数据控制的路径在指定位置沉积，快速冷却后形成一层截面，平台下降一个高度打印下一层，如此反复、逐层沉积，凝固成型后形成整个实体原型。目前常见的FDM喷头为0 .4mm，同时采用的丝材为1 .75mm，然而由于层与层之间的凝固沉积，打印喷头与平台的移动精度较低等因素导致了成型件外观较差，表面有明显的层状条纹，同时Z轴方向力学性能差等缺点。另一方面，FDM由于只能打印ABS、PLA塑料等少量热塑性材料，在打印材料选择方面受到了极大的限制。 　　光固化成型技术(SLA)，利用液态光敏材料在紫外线的照射下转变为固态聚合塑胶的特性，结合电脑三维图像，成型时，紫外光束在聚合物液面逐层扫描，照射表面逐层相互固化，最终形成立体模型。然而光固化成型技术可以使用的材料仅限于光敏液态树脂，且固化时间较长，同时打印需要设计支撑结构，技术具有一定局限性。因此，针对现有技术的不足，该发明公开了一种基于静电纺原理的3D打印装置。 图1 基于静电纺原理的3D打印装置的正视图。 图2 基于静电纺原理的3D打印装置的立体图。 图3 四喷头打印装置的喷头俯视图。 图4 四喷头打印装置的喷头立体图。 图5 微量注射泵和打印喷头安装为一体的示意图。 图6 一体式喷头和辅助固化装置的示意图 　　 该发明的有益技术效果是 ：相比现有的3D打印装置，在该发明专利中，首次提出将静电纺丝技术与3D打印技术相结合理念，从而实现功能更加全面的3D打印装置。通过静电纺丝的注射泵作为原料供给系统，拓宽了3D打印材料的选择范围，可打印液态、胶态与固态的各类高聚物材料。同时利用高压电场环境与变化电压控制平台，相比普通3D打印技术，可实现更加快速、精确可控、微米级打印铺层打印，成型件层间结合力跟高，外观细腻，无需再次打磨处理，同时也可解决3D打印对重力条件的要求，实现零重力或重力变化环境下的3D打印。另外，通过打印得到纳米级纤维薄膜，实现小分子颗粒过滤；多喷嘴打印系统可实现多材料、多添加剂打印，增加了产品的设计性和功能性。 　　 附：专利信息 　　 专利名 一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法 申请公布号 CN 108688148 A 申请公布日 2018.10.23 申请号 201810492952 .8 申请日 2018 .05 .22 申请人 江南大学 发明人 肖学良　刘良强　钱坤　卢雪峰 链接地址： http://www.espun.cn/news/detail-493.html \0 文章来源： 易丝帮 \0

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静电纺丝纳米支架：三维支架结构的可控制造

heyongzju 2018-7-29 14:52

静电纺丝纳米支架：三维支架结构的可控制造 摘要： 静电纺丝制造纳米丝及膜被广泛应用于组织工程、纳米材料、传感等领域中。然而常规静电纺丝难以获得形状可控的三维结构。实验室通过将静电纺丝与3D打印相结合，基于发泡的原理，将静电纺丝膜置于打印的模具中，通过可控发泡实现了三维纳米支架的可控制造。该方法在组织工程、传感界面等研究中有广泛的应用前景。 58 Fabrication of electrospun nanofibrous scaffolds with 3D controllable geometr.pdf 静电纺丝技术可以高效快速的制造纳米纤维及纳米膜结构，被广泛应用于纳米材料及组织工程中。然后如何将静电纺丝获得的一维及二维结构拓展到三维，一直缺乏很好的方法。本团队与赵朋教授团队合作，借鉴机械中的发泡成形工艺，对二维的纳米膜结构进行可控发泡，成功实现了各种三维纳米结构的制造。该技术可与生物 3D 打印很好的结合，实现在三维空间上细胞的可控定向打印。 图 1 纳米 3D 支架的制造过程 图2 各种可控的纳米三维支架 图3 纳米三维支架的形貌 图4 细胞在3D纳米支架上的扩展增殖

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ACS Applied Materials&Interface, 3D打印液态金属基柔性电子

heyongzju 2018-6-28 13:13

ACS Applied MaterialsInterface, 3D 打印液态金属基柔性电子 57 Three-Dimensional Printed Wearable Sensors with Liquid Metals for Detecting t.pdf 摘要： 液态金属是指常温下呈液态的金属材料，典型液态金属是镓铟合金，终结者电影中的T-1000就是想象的液态金属机器人。由于液态金属导电性强、流动性好，基于液态金属的柔性电子获得了众多研究的关注。然而对成型而言液态金属的两大缺点束缚了其应用：（1）高表面张力导致其制造时易成球，这一特性也使得液态金属无法直接进行3D打印；（2）易氧化导致易在表面成膜，影响其传感特性。目前主流的柔性电子制造方法都无法很好的解决这两个问题，课题组探索了一个全新的思路，液态金属/柔性材料的共生打印。本研究受到国家优秀青年基金、浙江省杰出青年基金项目资助。 当前主流的液态金属基柔性电子制造方法为微流道注入法与印刷法，两种方法各有优点，又各有局限，但总的来说都无法实现柔性传感器的直接制造。现有一些论文也报道了液态金属的打印工艺，但其思路主要是利用了液态金属易氧化特性，通过打印表面的氧化膜来固定液态金属。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员（本团队），经过两年多的探索， 提出了全新的研究思路：液态金属 / 柔性材料的共生打印，采用同轴喷头的外喷头挤出柔性硅胶材料，内喷头挤出液态金属。其打印机理是通过外喷头高粘性的硅胶与内喷头的液态金属时刻接触，抑制液态金属的挤出时的成球效应从而成功实现液态金属 3D 打印，同时柔性硅胶材料还起到隔绝空气，避免液态金属性能退化及作为液态金属传感器的柔性封装材料。 基于该方法可实现并用该同轴纤维构造复杂的二维 / 三维柔性电路。在此工艺的基础上，为了充分展示本共生打印的前景，我们设计提出了一种多功能柔性电感传感器，可实现以测量拉伸、弯曲等多种变形形式，具有出色的综合性能，通过长时间、大次数、高温度范围的实验证明了传感器出色的可靠性和稳定性。最后，使用该传感器可高精度的测量手指弯曲以及内窥镜末端执行器弯曲度，证明了该传感器可以应用于可穿戴设备和蛇形机器人位姿检测等领域。 \0 \0 图 1. 基于液态金属的柔性电子 3D 打印原理 \0 \0 图 2. 打印的电感传感器可准确捕捉手指的状态 \0 \0 图 3. 打印的柔性电子器件可准确检测腹腔镜上末端执行器各种位姿 \0 \0 图 4. 打印的各种三维柔性电子（柔性导线、柔性三维电路、负泊松比电路等） 目前该工作已在 ACS 旗下的 ACS Applied MaterialsInterface 期刊发表，题为“ Three-Dimensional Printed Wearable Sensors with Liquid Metals for Detecting the Pose of Snakelike Soft Robots ”， DOI: DOI: 10.1021/acsami.8b06903

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[转载]为雷神托尔造眼睛，激光增材制造可以做到

oeshow 2018-6-14 09:30

作者：段沐森1，吴凡2，刘瑞雪3 1黑龙江大学物理科学与技术学院 2山东省立医院皮肤 3视网膜健康中心科研部 复联3里，火箭浣熊看到雷神少了一只眼睛，就从背包里拿出来收藏的眼睛，给了雷神，雷神解下眼罩直接装上就能用了。 现实世界中借助一种技术也能为眼科患者带来福音哟。 这种技术，在各行各业都有应用，几乎可用来打印任何东西： 从日常用品到航天设备，从武器到食物，在各行各业均有应用。在医疗领域，更被广泛应用于骨科、牙科、整形、疾病建模、药物生产等。 他就是： 3D打印技术发展迅速，虽进入眼科领域较晚，但发展迅猛，特别在最近两三年，相关论文及报道逐渐增多。国内外有多个课题组开展3D打印在眼科中的应用研究，部分成果在临床已经取得成功，有的甚至已达到商业标准。 该技术在眼科中的应用有哪些进展，让我们一探究竟。 3D打印与个性化眼科整形 在眼科或者面部整形领域，医生面对的最大问题就是个体的差异性。对于眼眶受损需要修补或者需要植入义眼的病人，医生和病人不仅希望最大限度地恢复其功能，还希望植入物或者假体能够尽可能的合身、美观。 但是统一生产、相同规格的植入物很难满足每一个病人的需求。3D打印技术可以灵活方便的修改设计文件，生产完全个性化的植入物，同时可以小批量生产且精度高，能人性化的满足每一个病人的需求，非常适合应用于这一领域。 眼眶骨重建与整形 眼眶骨结构复杂，弧度不定且个体差异大，传统植入物的选择和调整难免存在误差。现在，医生可以通过3D打印技术为患者提供个性化的眼眶骨。 整个打印过程如图1所示：首先为了得到准确的眼眶骨参数，需要对病人眼眶周边进行计算机断层扫描（CT）和核磁共振检查（MRI），再根据扫描数据，利用专业软件绘制出正常的眼眶骨三维图形，得到用于3D打印格式的文件，3D打印机根据文件制备出相应的植入物。 图1 3D打印眼眶骨流程示意图 2016年荷兰D.L.Mourits等人使用3D打印技术为一位6岁中国小男孩进行眼眶骨重构手术获得成功。患者天生单眼小眼症并有巨大的眼眶囊肿，眼眶骨已经严重变形。医生通过3D成像技术（CT和核磁共振技术），获得囊肿和眼眶周边的数据，生产出眼眶骨及周边骨骼的模型，如图2（a）所示。根据所得的模型，设计并打印出要植入的眼眶骨，如图2（b）所示。在手术之前，医生可根据打印出来的个性化的眼眶骨模型和植入物，充分考虑肿瘤切除后产生的空间和重建物植入之后可能占用的空间进行调整。患者术后恢复良好，两眼基本对称，如图2（d）所示。 图2 (a)术前眼眶骨畸变的头骨模型，（b）植入物，（c）将植入物放置于模型内，（d）患者术后照片 该手术的难点在于：患者年龄小，部分需重建的骨头厚度小于1 mm，依靠传统方法准确定位手术位置十分困难，采用3D打印技术更好地保证了这个手术的成功实施。 这一类3D打印方式采用选择SLS或者粉末喷墨技术，打印材料采用钛合金或者高分子聚合物（例如聚甲基丙烯酸甲酯）。从这些例子中我们可以看到： 3D成像技术可令医生获得非常准确的病情数据； 3D打印技术可提供准确有效的植入物； 两者结合使用可令患者获得非常个性化的医疗服务。 彩色义眼制作 眼球缺失的病人需要佩戴义眼。义眼没有视觉功能，主要作用是为了美观，通常材料是特殊的玻璃或者亚克力。批量生产的义眼模样一致，很难满足每一个人的要求。高端义眼是手工制作的，眼球细节需要在玻璃上人工手绘，制作时间长、价格昂贵。 英国Fripp Design公司自2013年开始，采用基于粉末喷墨原理的三维全彩打印机Spectrum Z-Corp 510，为客户定制义眼。3D打印的每一个义眼都精确描绘出不同虹膜，静脉网络等细节，以匹配佩戴者的另一只眼睛，并且有速度快、成本低的优势。 3D打印与精准眼科手术 立体定向眼科肿瘤手术 肿瘤的常规治疗方法是放射治疗，包括质子束治疗、带电粒子治疗、伽马刀立体定向治疗等。立体定向治疗需要十分准确的病灶定位和肿瘤体积，从而确定射线走向和放射剂量。成人眼内肿瘤最常见的是葡萄膜黑色素瘤，体积通常较小且在人眼后极部，不易精确对准，如图3所示。 图3 人眼结构示意图 精准给药 3D打印制药是通过层层打印的方式，打印出具有特殊外形或复杂内部结构的药品，从而控制药物到达病灶的位置或药物释放的进程，让人体对药物的利用更为合理。例如，当医生对患有眼内肿瘤的病人采用放射治疗手段时，需要确定放射射线的方向和剂量，由于患者面部高低起伏不一，实际到达病灶处的放射量可能不均匀甚至放射射线没有准确到达病灶。为了解决这一问题，通常会在患者体表放置一层石蜡，以减小可能存在的位置差异。 石蜡层的制作通常有两种方式： 一是医生根据病人脸部形状进行手工制作，该方法可以根据每个病人的情况进行给药，但是准确度较差，且费时费力； 另一种方法是通过计算机控制的铣床进行研磨制造，与手工制造相比，该方法准确度较高，但该技术掌握在美国Decimal公司手中。 采用3D打印技术有望改变这一现状，Lukowiak等对此进行了尝试，使用3D打印机为11位病人量身定做不同的石蜡层。由于打印时间过长，这种3D打印石蜡层技术尚处于试验阶段，未应用于临床。但试验结果表明，相比于传统手工制作，3D打印的石蜡层精度更高，更适合表面不规则的皮肤，均匀性更好。 精细眼科手术器材 人眼体积小、结构复杂，眼科医疗器材必须十分精密。例如，应用在经结膜玻璃体切除手术中的套管针，直径通常在0.5 mm左右。 2017年，加拿大Navajas等人尝试使用3D打印机打印此类套管针。他们采用的是一台商业化激光烧结类型（LS）打印机，打印材料是一种树脂材料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物），最终获得了直径为0.7～0.8 mm的套管针。虽然与商业化套管针相比，他们获得的结果并不完美，但若使用精度更高的3D打印机以及更有强度和韧性的打印材料，应该可以带更好的实验结果。 3D打印与移动眼科医疗 眼部疾病通常给患者带来非常大的痛苦，而且许多眼科疾病不单单是眼部一个器官的问题，更是全身系统性疾病的反映。比如，糖尿病、高血压等慢性病均会造成眼部的病变。此类病人会被建议去眼科做检查以便医生更准确的了解病情。越早发现异常，越能及时进行诊断和预防，越能在基层进行确诊，越有利于诊治和疾病控制。然而，眼科医疗具有高度的专业性，眼科检查设备昂贵，导致在基层诊所或者社区医院进行较为全面眼科检查非常困难。 3D打印技术凭借其独特的高效率、低成本、易于定制化的特点，开始在面向大众、面向社区的眼科基层医疗中发挥作用。2015年，新西兰Chong使用3D打印机，制备出可使用在智能手机上的眼底照相机和裂隙灯显微镜，成功获得青光眼视盘和白内障患者的图像。 眼底相机由7个不同的打印部件组成，主要包括一个可调节的支臂，如图4（a）所示；手机相机夹持部件，如图4（b）所示，需要成对使用；镜头夹持部件，如图4（c）所示；相应的螺丝和螺母等附件。整套眼底相机的组装示意图如图4（d）所示。 图4（a）可调节支臂，（b）手机夹持部件，（c）镜头夹持部件，（d）整套组装图 若采用面向家庭或个人的熔融沉积（FDM）打印机，打印材料可使用常见的商业材料，如尼龙等，整套材料费用在40美元以内，而成像效果却可以和专业眼科检查器械相媲美。 这些设备和手机相连，所采集的图像可以方便地分享给专业眼科医生。相应的手机应用也已经推出，可智能分析疾病隐患。该课题组为了在全球范围内推广这一应用，整套3D打印设计代码是开源代码，任何基层临床医生或者普通人均可以下载并使用。 2017年，Jansen等在一位22岁的年轻人眼中发现了金属异物，所使用的检查工具即为在普通智能手机上可以使用的3D打印眼底照相机。 3D打印技术出现在大家面前，让越来越多的医疗诊断成为可能，其廉价与便利会给广大患者带来福音，普通人有望在接受检查和治疗的最初阶段—在社区医院、基层诊所甚至在家里—就能得到专业高效的诊断和指导。 3D打印与复杂视光学镜片 视光学是普通人接触眼科最多的领域，包括验光和获配镜。使用3D打印机打印镜框较简单，而制造透明的镜片则比较困难，这主要是因为若透明材料的选择不当或打印不均匀，可能出现杂光和鬼像。 俄罗斯khmyrov等人尝试使用透明的石英颗粒作为材料，采用SLM来制造透镜。他们使用直径小于20 μm的石英玻璃粉末，用波长10.6 μm的紫外激光照射，打印的单层厚度在100～200 μm。为了保证打印镜片的均匀性，紫外激光的参数必须要精确控制以便熔化温度保持恒定，这对于工业SLM打印机可能难以实现，因此尚未得到优良激光3D打印透镜零件。 在2017年年初，荷兰3D打印光学公司Luxexcel取得突破性进展，首先他们采用构筑板确定镜片的形状，使用喷墨系统将硅聚合物喷洒到构筑板上，然后照射紫外激光或者红外激光进行固化。这样生产出来的镜片不用打磨抛光等后续处理便可直接使用，且部分眼镜镜片已经达到了相关行业标准。 随着技术的不断发展，3D打印镜片也会取得更大的发展。可以期待未来3D打印镜片质量更加优异，结构更加复杂，比如：激光3D打印多点、不规则曲面的镜片。 飞秒激光写入与眼科仿生 飞秒激光写入（FDLW）技术是一种新型的3D打印技术，可用于微细精密加工领域，成功应用在微米或纳米光学中。该技术利用超短脉冲激光，在微时间尺度加工光敏材料，该材料可直接打印在多种基板上，打印出的模型无需后续处理便可直接使用。 激光3D打印技术可轻松打印多种形状且不会增加更大的加工压力，在设计光学镜头时可以设计任意曲率的表面，而不用担心非常规曲率带来的加工难度和高昂的成本。 Thiele等利用该技术将微小透镜直接喷绘在一块金属氧化物半导体元件(COMS)成像面板上，打印出了高度小型化的相机，用来模仿动物的眼睛，其中微小透镜用于模拟眼睛晶状体，CMOS成像面板则用于模拟接收图像信号的视网膜。 首先利用专业光学软件Zemax计算出想要的光学系统(即要模拟的动物眼睛)的各种参数，比如镜面曲率、成像距离等。 然后根据这些数据设计3D 打印文件，并由FDLW 打印机制备透镜。由于打印基板就是CMOS成像面板，因此当打印结束时，透镜直接和CMOS成为一体，不需要采取其他措施便可以接收图像信息。Thiele 等一次性打印了4 个直径为300 μm的不同焦距的小透镜，每个透镜的制备需要1-2 h。与一个真正的动物眼睛相比，该仿生眼的感光细胞数量过少，所成图像的分辨率不高。 若采用更高密度的COMS成像面板，仿生眼可以拥有更多的成像像元，从而提高成像空间分辨率。随着激光3D打印技术的进步，小透镜的尺寸可以做得更小，这样可令仿生眼用在更微小的成像领域，例如内窥镜检查等。 眼科新未来 激光3D打印技术具有易于定制化、高效率、低成本的优点，提高了医疗服务水平和眼科医疗器械的研发效率。 目前，激光3D 打印技术在眼科许多领域，如微小医疗器械、透明镜片等领域还处在探索阶段。但是，随着激光3D 打印技术以及材料等方面的发展，很多问题将迎刃而解。 国内眼科也在关注激光3D 打印技术，2016年国内首家激光3D 打印眼科应用研发中心落户青岛市立医院。 可以预见，激光3D打印技术在不久的将来会为眼科医疗带来新的革命。 参考文献： 段沐森,吴凡,刘瑞雪 激光增材制造技术在眼科中的应用 . 激光 与光电子学进展, 2018, 55(1): 11406

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译文：基于Arduino控制的伺服系统的机械手运动

JerryGZ 2018-4-21 13:42

原文： Nicholas Bonini,Nithya Iyer ,David Kim, Katherine Mathison,Lauren Wellons.Robotic Hand in Motion Using Arduino-Controlled Servos. http://www.soe.rutgers.edu/sites/default/files/imce/pdfs/gset-2014/Robotic%20Hand%20in%20Motion%20Final%20Paper.pdf.New Jersey Governor’s School of Engineering and Technology 2014. 译者：华南理工大学 任锦荣同学 译 文： 摘要： 截肢患者常因为他们不能很好的使用他们的四肢而遭受心理和生理上的困难。为了帮助截肢者，在可行的成本前提下获得具有同样功能的假手。研发了一种基于原型假肢的 Flexy Hand ，这是一个 3D 打印的手模型，它包含 Arduino 开源微处理器。为了避免昂贵的和令人沮丧的肌电控制假肢方法，可以通过一个 Android 智能手机应用程序允许用户选择一个手势来操纵假肢。手机发送该信息到 Arduino ，由此单独驱动每根手指。这种假肢结构简单，材料成本低廉，以及结合了常用设备如智能手机，可以使残疾人轻松获得新的假肢。 1. 介绍 随着消费者级 3D 打印机的普及， 3D 打印的假肢逐渐流行，同时这些假肢的实际应用也在增加。随着网络开源资料的发展，现在人们可以在几分钟内免费下载可打印的手模型，例如 Thingiverse 这个免费开源的 3D 模型网站。 与传统那种耗费数万美元而且很多人根本负担不起的假肢相反 ，对于大多数人来说，这些替代的假肢是一个相对廉价的选择。对于现代消费者，这些替代品不仅便宜而且假肢的功能更为有效，同时能更加快速的实现用户的个性化定制。 除了成本外，高级假肢的另一个普遍问题是易于控制。在假肢使用中最常见的控制系统是肌电信号，这种技术是将设备附着在截肢患者的前臂的剩余肌肉 ，通过设备读取电信号，再通过假肢来实现功能。且不说那些没有任何具备功能的前臂肌肉，就连那些有着完整的前臂肌肉也可以使用这种方法，但是这种方法非常难以使用而且精度不高 。因此，开发易于组装而且可以通过非专业性设备如手机来控制的假肢是非常关键的，而 3D 打印假肢能达到以上要求，而且基于智能手机的控制比传统的肌电或运动传感控制系统更便于携带和使用。 此外，在过去几年里，消费级的机械手从功能和表现方面已经取得明显的进步。 3D 打印行业的发展已经促使世界各地使用者的设计出众多的模拟手，同时大家可以在线访问。 3D 打印的假肢更具优势的，它们对于儿童和青少年来说是更为理想的假肢。因为当当一只手变得太小时，可以容易地以较大尺寸打印一只新的手并重新集成到控制系统中 。 2. 背景 2.1 3D 打印 Makerbot Replicator 采用了丝状材料选择性熔覆（ FDM ）的技术，该技术涉及使用高级热塑性塑料构建层状部件 。要打印 3D 模型时，必须将设计的 STL 文件导出到打印机软件中。然后 Makerbot 会创建 g 代码以确定塑料挤出机的移动路径。挤出机是打印机的移动头，首先熔化长丝，然后将熔融热塑性塑料沉积成薄层，直到模型完全印刷。根据需要， 3D 打印机将为设计的模型提供脚手架作为支撑，完成后很容易去除这些支撑架 。 图 1 Makerbot Replicator 3D 打印机 消费级打印中最常用的细丝是丙烯腈丁二烯苯乙烯（ ABS ）和聚乳酸（ PLA ）热塑性塑料。 每种塑料丝状物都有其独特的特性，适用于不同的用途。 虽然 ABS 比 PLA 更坚韧，更灵活，但由于塑料的特性， ABS 需要加热床以防止外层卷曲或翘曲 ; 这保证了热量均匀分布到外层和内层。 然而， PLA 不需要加热床，并且对诸如会溶解 ABS 长丝的丙酮等物质更具抗溶解性。 2.2 Arduino Arduino 是一个开源的微控制器品牌，常用于家庭以及自己动手的电子产品 ，它可以用 C 语言编程， Arduino 网站包含用于编程器件的软件，网站还有一系列简单的在线教程，方便用户上手。各种电子元件可以通过面包板（又称万用线路板）连接作为代码的输入和输出，这使得 Arduinos 非常灵活。 Arduino 微控制器非常直观，价格便宜，并且易于使用 ，这三个因素对于方便易用的假肢具有至关重要的作用。 2.3 伺服系统 舵机具有尺寸小但功率大的特点，适用于玩具直升机到机器人等众多产品。伺服系统由三个基本部分组成：电动机，连接输出轴的反馈电位计和控制器。这允许舵机通过跟踪其当前角度位置而旋转到特定角度。舵机通过脉宽调制（ PWM ）进行控制，根据发送信号的占空比，电机将轴对准特定角度。这种旋转到某个位置而不是以一定的速度旋转的能力，使得舵机在假肢装置中非常有用，因为这消除时间变量以进行非常精确的移动。普通的直流电机需要以特定的速度运行电机一定的时间以获得距离，而舵机可以直接选择一个位置 。 2.4 蓝牙 使用低功率无线电波，蓝牙可以同时连接多达 8 个设备 。由于其强大的连接性，该技术优于其他无线通信技术，如红外网络。蓝牙设备发出非常微弱的信号，防止对其他系统的干扰。虽然这将范围限制在 10 米左右，但它为键盘，电脑，鼠标或桌面式打印机提供了足够的范围。此外，弱信号传输降低了功耗，并且不需要连接设备之间的直接对视，从而允许用户与第二个设备保持独立的空间，同时仍然保留全部功能 。 2.5 Android 应用 麻省理工学院（ MIT ）的 App Inventor 是开发应用程序来控制手的最理想的平台。这个平台可以免费使用并且易于学习，即使对于编程经验不多的用户也是如此。 App Inventor 采用了块编辑器的风格：传统方式编写代码行不同，设计师拖放块来表函数和变量。代码的每一段都以“ when ”块给出的条件开始，并执行“ get ”块或“ set ”块，“ when ”条件满足时，应用程序将执行对应的操作。每个“ when ”、“ get ”和“ set ”块是对应于每个组件。如，一个按钮有“ When Button1.Click”, 一个“ when ”条件，当点击按钮时为将执行该条件之后的内容 。完整的代码块可以在附录 B 中查看。 2.6 肌电假肢 肌电假肢的重量通常在 400 到 600 克之间，可以使用直流电机和舵机的组合，并且有大约 11 个关节和 6 个自由度。相反，人手的平均重量为 400 克，占体重总量的 0.6 ％，并且在手指功能方面具有 27 个自由度 。 2007 年，肌电假肢用户进行的一项调查结果显示，许多消费者希望拇指，食指和手腕有更好的运动。虽然他们使用了市场上最先进的控制方法之一，但新的肌电设备并不能满足用户手指功能的复杂性，只有 6 个自由度 。 3. 方法 / 实验设计 3.1 手部组装 原型中使用的手是 Flexy Hand 的 3D 打印版本 。 STL 文件导出到 Makerbot 平台并直接打印，没有任何缩放或修改。考虑到手部有多个不同部分，打印花费了大约十一个小时。完成的手与尼龙线和可拉伸的一次性吸管串在一起。吸管用于分解 3D 打印中的任何多余材料，这些材料会妨碍尼龙线穿过手和手指内部的路径，同时吸管能帮助将线穿过手掌。 每根手指都用大约两英尺的尼龙线缠绕，以确保有足够的材料可以伸到手臂的长度上并连接到舵机上。 图 2 关节模具的 3D 模型 从 Github 下载铰链接头模具（见图 2 ）并进行 3D 打印 。将各种类型的硅树脂成型为指缝连接器并放置在每个手指的接缝槽中以测试其性能。最后 GE TM 优等硅胶被选为指缝 连接器铸造的主要材料。使用填缝枪和 3D 打印模具，将硅胶成型为固化的连接器大约需要 24 小时，然后将它们装入每个手指段之间的槽中。 3.2 手臂组装 使用内径为 1.5 英寸，长度为 12 英寸的 PVC 管来容纳舵机。如图 3 所示，以交错的方式沿 PVC 管子挖切 0.75 英寸宽× 1.5 英寸长的矩形孔，孔间隔 0.25 英寸。在管子的一端钻五个 0.125 英寸的圆孔，对应每根手指的控制绳进入管道并在其中心与手接触。用 3D 打印塑料环，并且在 1/8 英寸孔和舵机之间用强力胶粘贴在管道的末端。舵机被放置在相应位置，并用超级胶固定。尼龙线从手指穿过 PVC 管的内部钻入管内的孔，通过 3D 打印环并连接舵机。当手处于零位时，舵机处于直接指向手的状态，尼龙线此时则固定于舵机的转盘尖端。用尼龙线将眼镜螺钉插入每个舵机的转盘两端中远端的孔中。 图 3 交错螺旋结构的 PVC 管 在手和 PVC 管的两侧钻孔，通过将螺钉拧入这些孔并用强力胶强化连接，将 L 形支架固定在手和内管之间，这可以使和内管紧紧相连 3.3 电路 每个舵机有三根电线：电源线，接地线和脉宽调制（ PWM ）线。 PWM 线插入 Arduino Uno 板上的六个 PWM 端口之一。每个舵机的电源和接地都连接到面包板上的水平正极和负极行，这些面板连接到 6V 电池组。电池组装有四个 1.5V 的 D 尺寸的电池。蓝牙模块的四个引脚被插入面包板上的相邻列。电源和接地引脚连接到 Arduino 自己的电源和接地端口。其他两个引脚是 RXD 和 TXD ，分别连接到 Arduino 上的 TX 和 RX 端口。 这些引脚用于接受 Arduino 手机发送的命令（参见图 4 ）。 图 4 Arduino 的舵机控制电路原理图 3.4 Arduino 编程 Arduino 使用网站上提供的开发环境进行编程。项目中代码最重要部分是确定舵机的位置，这决定了手指的运动。舵机库包含将舵机连接到引脚并设置其角度的功能，对舵机定位进行了精细控制。 attach （）函数将 Arduino 上的某个引脚与每个舵机相关联， write （）函数将舵机的角度位置设置为 0 到 180 度之间的值。舵机的位置决定了它所控制的手指弯曲的程度，手指的低角度表示手指更放松，手指较大角度表示手指朝手掌弯曲。通过将每个舵机设置为特定的角度来完成手势，这个特定的角度对应于当手做出该手势时手指弯曲大小。开始阶段，使用电位器手动控制手指的位置，并且当做出每个手势时，舵机的角度被记录并随后被配置为预设手势。在最终设计中，通过蓝牙连接到 Arduino 板的 Android 应用程序进行控制手势。当在应用程序中选择要执行的手势时， Arduino 会收到一个介于 0 和 5 之间的整数，并使用此数据来选择要执行的手势。这些功能设置舵机的位置，以便与手动测试中为所选手势收集的数据相匹配。完整的程序代码可以在附录 A 中查看。 3.5 应用程序开发 这只机械手的应用程序是只有一个页面的基于按钮的应用程序（参见图 5 ）。 当一个按钮被按下时，一个字节号码被发送到蓝牙模块。 Arduino 使用该字节作为触发器来运行执行该手势的代码块，将相应手指的舵机设置为特定角度。当选中任何导致手势的按钮时，其他手势按钮都会隐藏，直到按下重置按钮。一旦手恢复到其初始位置，其他按钮即可正常使用。 如要连接到蓝牙，列表选取器中有“连接到蓝牙”的按钮，当按下该按钮时，与手机配对的设备列表就呈现出来了。选择 HC-06 蓝牙模块后， Android 手机建立连接，并出现绿色标志，显示“已连接！”，表示设备已准备好接收来自手机的信号。如果 Android 手机无法连接到蓝牙设备，则标志显示为红色并且显示“未连接 ... ”。应用程序每 50 毫秒会自 图 5 在 Samsung Nexus S 上的菜单界面 动检查一次手机的连接状态，并将标志更新为蓝牙连接的当前状态。 三星 Nexus S 被选为与该原型一起使用的智能手机。为了测试应用程序，需先安装 Android 驱动程序以将 apk 文件下载到手机中。安装驱动程序后，必须将 Android 手机作为 USB 存储设备打开。该应用程序被放入手机的文件夹中，该文件夹在选择 USB 存储模式后会出现。该文件出现在手机显示屏上的应用程序文件夹“ ES 文件资源管理器”中，此时可以选择该文件进行安装。手机一旦安装了应用程序并且已连接到蓝牙模块，模块上的红灯闪烁将停止闪烁并保持点亮状态。一旦连接了蓝牙，每个舵机应连接到一块面包板上，并通过应用程序进行测试。 测试的第二个组件涉及应用程序的按钮响应性能。 首先我们测试菜单如何导航 ; 依次按下每个手势按钮并评估结果。要求随机人员比较不同的配色方案和按钮布局，以模拟用户对应用程序的体验。 4. 结果和讨论 4.1 手功能 完全组装好的手可以轻松地执行石头、剪刀、布、 “ OK ”这些日常使用的手势，还能实现按下按钮时竖起大拇指。软件的用户界面使用简单，易于学习。该应用程序允许用户通过蓝牙从 Android 智能手机控制五种不同的手势。由于舵机操纵的是线，故手指可以设置为各种手势。而且，手指背部的橡胶带可以在舵机释放压力时令手指恢复到原位（见图 6 ）。 整个项目可以使用常用材料容易地构建，成本低于 475 美元，并且可以使用开源 Arduino 进行编程，同时编程难度低。使用者可以通过 MIT App Inventor 网站上的教程来设计用于控制手的智能手机应用程序。虽然该设备简单实惠，但它不能很容易地抓住物体或对有反应物做出反应，而且体积笨重。因此我们的设备很容易制作，但不够健壮。 图 6 附着橡胶带的手 4.2 讨论 肌电假肢领域的新技术进步促成了多自由度手的发展。尽管如此，这些设备在性能、稳定性、美观性和经济性方面仍然不足。像 iLimbTM 和 BebionicTM 这样的拟人手已经受到媒体的关注，但它们并不像广告中那样对消费者友好。 在控制手指运动时，在这个新原型假肢中使用舵机而不是直流电机被证明是更可行的选择。舵机比直流电机轻，精度更高。即使舵机能通过适当控制角位移来达到更高的准确度，但是由于直流电机简单、连续的旋转机构，它更常用于假肢。舵机比直流电机编程也更容易 ; 直流电机的控制取决于动作完成的时间，而不是电机的最终位置。 通过使用舵机，可以消除时间变量以及任何其他可能的错误因素。 而且，大多数肌电假肢在手指运动方面具有六个自由度，而在这个特定的原型中仅有五个自由度。为了消除这个缺点，不同的手部设计可以通过 3D 打印来实现这个第六自由度的大多角骨掌骨关节。由于时间上的限制，且增加该自由度在编程和组装手中增加了复杂性，故第六个自由度没有被添加到原型中。结果，手指不能在横向上移动，从而减少了原型总体上的自由度数量。这个关节确实在正常拇指的功能中发挥着重要作用，因此可以找到替代设计来确保拇指得到充分利用。普通人的手的灵活性与 27 个自由度相比来说要复杂得多。这种新的原型甚至肌电装置都不够先进，达不到普通人手的水平，但随着未来的新发展，假肢最终可以完全取代失去的肢体或手。 4.3 问题 虽然这个项目实现了大部分最初的目标，但是在这个过程中出现了一些挫折，这阻碍了整体效率。在打印手的过程中由于我们施加外力产生了小错误，导致手掌出现裂缝。使 用丙酮来软化多余的 ABS 丝，以便可以将丝置于裂缝内进行修复。 在最初的测试中，尼龙线在臂的舵机下方过并沿旋转直径布置。为了在每次旋转时达到最大距离，将眼镜螺丝钉拧入舵机叶片的孔中。这使得臂部周围的线条比直径更长并且可以进一步拉动手指。然后，尼龙线通常会缠绕在舵机的螺丝下面，而不是缠绕在它们的周围，因此线不会拉到最长，从而防止手完全关闭。为了解决这个问题，一个塑料环被添加到手臂的内部管道，尼龙线穿过环上的孔，与螺钉高度相同。 另一个问题是手无法恢复到其最初的静止位置。为了解决这个缺陷，我们在手指的背部设计了橡皮筋连接。第一组橡胶带太无弹性，并阻止舵机将手指拉向手掌。然而，当橡皮筋被更长、更薄的弹性带所取代时，舵机有足够的动力再次移动手指。如果铰链关节是用更加强韧的尼龙打印出来的，就不会出现这个问题，可以完全避免模塑和固化硅胶接头的过程。臂组件也给我们提供了挑战：臂的原始外壳仅仅足够大来装配舵机并使它们正常工（参 见图 7 ）。故我们在外管上为舵机雕刻孔，即可缓解任何套管问题。 图 7 整手与手臂部件 应用程序开发过程中遇到的一个问题是蓝牙设备断开连接后，但连接指示灯仍然会保持绿色。为了解决这个问题，我们增加了一个时钟定时器实现每隔50毫秒更新一次连接指示灯的状态。在开始另一个手势之前，应用程序让用户重置手的原因是为了防止混淆。如果按下多个手势按钮，舵机可能会收到多条信息，最终导致它们失败。 不幸的是，使用直流电机和链轮转动手腕的系统处于设计的初始阶段，且由于时间有限，无法作为手臂的一部分实现转动。 5. 结论 简单的假肢有可能对截肢者的日常生活产生可预测的影响。由于这种特殊假肢是由 Android 应用程序控制的，因此它的使用非常简单，并且没有陡峭的学习曲线，这与许多需要过多时间掌握的高级假肢不同。手部的构造和组装需要一个易于获取的材料和工具清单。随着这种技术的可用性，截肢者拥有必要的工具来制造他们自己的个性化假肢，除了 能够令截肢者预防身体变形常常伴随的精神消极之外，还可以提高他们的生活质量 。 这个项目的目标包括创建一个低成本的 3D 打印机器假手，由 Arduino 驱动并可以执行多种手势。原型表明通过简单的控制方法有效地完成了这些任务，同时对一些改进设计可以提升手的功能。手的腕部动作可以不需要截肢者不得不转动他的肩膀以适当地抓住某物；相反，应用程序会将手转到所需的位置。后续的升级将包括更多的手势和触觉反馈。一方面，可以将一组特定的手势编入应用程序，为用户提供更好的手指灵活性；另一方面，触觉反馈会使截肢者感受到对象的温度和质地，从而形成触觉的自然感知。这些改进将有助于创造一种能够改变假肢行业的产品。 6. 致谢 作者要感谢我们的项目导师 Mohit Chaudhary ， Kang Li 博士和 William Craelius 博士在计划和构建项目方面给予的所有帮助和指导，并感谢我们的助理项目导师 Julian Hsu 的帮助设计 Android 应用程序。我们还要感谢 RTA —— Mary Pat Reiter 在本文中的帮助，院长 Jean Patrick Antoine 以及我们所有 GSET 赞助商的支持：罗格斯大学；新泽西州； Morgan Stanley ； Lockheed Martin ； Silverline Windows ；南泽西工业公司；公积金银行基金会；以及 Novo Nordisk 。我们还要感谢 Steve Wood 他的 Flexy Hand 的 3D 模型。如果没有这些人和公司的慷慨帮助和捐赠，我们的项目将不可能实现。我们的团队非常感谢所有为这个项目做出贡献的人。 参考文献 1 W. Craelius, K. Li, I. Ali, A. Alvi, E. Chu, K. Lin, S. Nazare, N. Plichta, “Transhumeral Prosthesis with a Dexterous Hand,” pp. 1-3, (unpublished). 2 ”Myoelectric Prosthetics 101,” Ottobock, http://www.ottobockus.com/prosthetics/inf o-for-new-amputees/prosthetics101/myoelectric-prosthetics-101/ (19 July 2014). 3 Joseph T. Belter, Jacob L. Segil, Aaron M. Dollar, Richard F. Weir, “Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review”, JRRD, 50, p. 611, 2013. 4 “John Hopkins and e-NABLE,” Enabling the Future, 17 July 2014, http://enablingthefuture.org/tag/3d-printedhands (19 July 2014). 5 ”FDM Thermoplastics,” Stratasys, http://www.stratasys.com/materials/fdm (19 July 2014). 6 Annelise, MakerBotting 101 - How Does It Work, MakerBot, January 10, 2012, http://www.makerbot.com/blog/2012/01/10/makerbotting-101-how-does-it-work/ (23 July 2014) 7 ”Frequently Asked Questions,” Arduino, http://arduino.cc/en/Main/FAQ (19 July 2014). 8 ”Arduino Uno-R3,” Sparkfun, https://www.sparkfun.com/products/11021 (19 July 2014). 9 ”What’s A Servo?,” Seattle Robotics Society, http://www.seattlerobotics.org/guide/servo s.html (19 July 2014). 10 How It Works,” Bluetooth, http://www.bluetooth.com/Pages/How-ItWorks.aspx (19 July 2014). 11 “How Bluetooth cuts the cord,” TechTarget, March 2005, http://searchmobilecomputing.techtarget.co m/feature/How-Bluetooth-cuts-the-cord (19 July 2014). 12 ”MIT App Inventor,” http://appinventor.mit.edu/explore/ (19 July 2014). 13 Pylatiuk C., Schulz S., Döderlein L., “Results of an Internet survey of myoelectric prosthetic hand users”, PubMed, Dec. 2007, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1805 0007 (19 July 2014). 14 ”Flexy Hand,” Thingiverse, http://www.thingiverse.com/thing:242639 (19 July 2014). 15 ”Flexy-Joint,” GitHub, https://github.com/daprice/FlexyJoint/wiki/Casting (19 July 2014). 16 ”Coping with Your Amputation,” Capital Health, http://www.cdha.nshealth.ca/amputeerehabilitation-musculoskeletalprogram/patients- families-amputeerehabilitation/coping-your- (19 July 2014) 17 Joseph T. Belter, Jacob L. Segil, Aaron M. Dollar, Richard F. Weir, “Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review”, JRRD, 50, pp. 599-606, 611, 2013.

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3D打印能帮助证明人眼里有天线吗？

dsm9393 2018-3-14 17:39

3D打印能帮助证明人眼里有天线吗？ 都世民 龙伯透镜天线具有梯度折射率，可实现光波聚焦和定向辐射。采用液体介质与 3D 打印结合，液体介质的介电常数变化范围大，易混合，可用来仿制人的眼球。 在天线学科，这方面研究已成热点，研究者们有设计成平面结构和半球结构。也有制作球体结构 。有用人工电磁材料设计制作底面扁平的龙伯透镜天线。在（ 12.4 ～ 18 ） GHz ，实现宽带扫描， -90 ～ +90 度全场扫描，所用材料皆为廉价、易得材料，工艺方便快捷，灵活可变。这种研究与人眼研究相距变远。本来一些研究者是瞄准麦克斯韦“鱼眼透镜”，这么一来研究方向变了。但是也有不少研究者不釆用人工电磁材料，认为这种材料不适合这种用途。用空气、液体和其他固体材料制作。其频段正向 Ka 波段高端发展。 这种天线设计制造要着重考虑以下问题：一是球面与馈源匹配；二是介电常数梯度化制造；制造的球面结构和选材不影响聚光特性；三是解决了馈源不匹配难题和馈源超宽带性能。选择理想的馈电单元，已有迹象表明选用单极天线和单锥天线型式，可以较好地解决球面与饋电匹配，同时也易解决超宽带问题。 研究者有釆用人工电磁材料，介电常数范围 1~17.5 。 分 17 层离散化处理 。用 FDTD 法仿真。用苯和乙腈混合液体进行测试。 14120 树脂作为框架层。 赵圆圆 等研究团队开发的 纳米级的 3D 打印技术 ——超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维 Luneburg 透镜器件，其大小仅相当于人类头发直径的 1/2 ，第一次将真三维的 Luneburg 透镜的工作波段从微波推广至光波段。 理化所研究团队利用飞秒激光直写，设计并加工了基于渐变介质超材料的三维光波段 Luneburg 透镜， COMSOL 仿真结果表明其 工作波段（ 6mm ）位于中红外波段 。在此基础上，开展了相关的实验验证工作，利用德国 Neaspec 公司的近场光学显微镜（ SNOM ）表征了三维 Luneburg 透镜，在平面波入射下的聚焦性质，测量的光场强度分布，展示了一个半高全宽（ FWHM ）为 l/2 的光斑形貌， 验证了 Luneburg 透镜具有理想三维聚焦的性能 。 通常是将波长为 2.5~25 μ m 的红外波段划分为中红外波段。 应当指出的是，文 有明显错误，将工作波长写为 （ 6mm ），应是 μ m 单位，不是 mm 波。这种低级错误不应该发生在中科院网站，作重要科技新闻发表。诸多网站作了转发。是作者还是期刋或是网站出错，有关方面应该查一查！这纳米、 mm、大于、激光几个关键词是不匹配的。 飞秒激光直写制备的微尺度光波段 Luneburg 透镜及其聚焦光场的表征分析结果 用 3D 打印技术制作 Luneburg 透镜，用来人工仿制眼球，再克隆或用干细胞体外培育视细胞和网间细胞、无足细胞饋电，进行检测光波信号，验证人眼里有超级扫描天线，是非常有意义的工作。当然能源问题和控制眼球转动的分子马达的难题还有待破解。 参考文献 田小永，吴玲玲，殷鸣，李涤尘 , ” 宽频大角度新型龙勃透镜 3D 打印快速制造 ” ， , 来源： 道客巴巴网文庫。 http://www.doc88.com/p-2941000977498.html 赵圆圆 , 郑美玲 , 段宣明 , Three-dimensional Luneburg lens at optical frequencies ” , Laser Photonics Review. 10(4), 665-672 (2016) 。 宋宏远，激光光束在梯度折射率介质中的传输特性研究， 来源：道客巴巴文庫。 2016-04-27 . 曹尚文 , 周永江 , 程海峰 , ” 变换光学透镜天线研究进展 ” , DRISCOLL T, LIPWORTH G, HUNT J, et al. Performance of a three dimensional transformation-optical-flattened Luneburg lens . Optics Express, 2012, 20 (12): 13262–13273. WU L L, TIAN X Y, MA H F, et al. Broadband flattened Luneburg lens with ultra-wide angle based on a liquid medium . Applied Physics Letters, 2013, 102 (7): 074103–4. ABDALLAH D, SHAH N B, ANDRE D L, et al. Compact metamaterial-based substrate-integrated Luneburg lens antenna .Antennas and Wireless Propagation Letters, 2012, 11 (4): 1504–1507. Zouhair Briqech ， Zouhair Briqech ， Abdel-Razik Sebak, Wide-Scan MSC-AFTSA array fed grooved Spherical Lens Antenna for Millimeter-Wave MIMO Applications, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 64, NO. 7, JULY 201629 ， pp.297l-2980. AGHANEJAD I, ABIRI H, YAHAGHI A. Design of high-gain lens antenna by gradient-index metamaterialsusing transformation optics . IEEE Transactions on Antennas Propagation, 2012, 60 (9): 4074–4081. WU L L, TIAN X Y, YIN M, et al. Three-dimensional liquid flattened Luneburg lens with ultra-wide viewing angle and frequency band . Applied Physics Letters, 2013, 103 (8): 084102–4. Three-dimensional,ultra-wideband Micromachined millimetre-wave hemispherical shell antenna: theoretical concept and calibrationt,lET Microwaves, Antennas Propagation,2016, Vol ， 10,Iss.5 ， pp 525-535. ISSN 1751-8725.

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3D打印类乐高积木式模块化微流控芯片

heyongzju 2018-3-1 19:52

3D打印类乐高积木式模块化微流控芯片 3D printed Lego®-like modular microfluidic devices based on capillary driving ， Biofabrication ， DOI: 10.1088/1758-5090/aaadd3 3D Printed Lego-like Modular Microfluidic Devices Based on Capillary Driving.pdf 微流控芯片为许多研究领域提供了一个便携式和自动化的平台，包括分析化学，生物化学分析，生物医学研究和材料合成。微流控芯片还可为研究细胞共培养，细胞代谢活动，细胞间相互作用和药物代谢机制提供了一个便利的平台。由于传统的微流控芯片都采用泵驱动，对微流道而言，需要很大的压力才能驱动，这就使得现有结构的微流控芯片进行模块化封装时容易出现泄漏。浙江大学机械工程学院的贺永教授团队经过两年多的研究探索，提出了一种基于毛细驱动的模块化微流控芯片制造新方法，通过3D打印的方式可方便的打印芯片的各个模块，然后通过在微流道内填充具有毛细效应的纤维素粉，使其具有毛细自驱动功能。这个方法的优势在于对模块间的组装精度要求低，使用普通的桌面式3D打印机就可制造，打印出类乐高积木式的芯片模块，然后可很方便的组装起来，组装后模块化芯片也无需泵即可驱动。我们演示了模块化微流控芯片在生物反应器、液态电路、器官模型构建等方面的应用。本研究受到国家优秀青年基金、浙江省杰出青年基金项目资助。 近来出现了由各个功能模块组装而成的模块化微流控芯片。每个模块在被集成到微流控系统之前可以分别设计，制造和修改。模块化微流体的制造包括微细加工方法和 3D 打印技术。现有模块化微流控应用的主要挑战在于准确对齐和严格密封，以确保组装后模块间无泄漏且流体互通，使其对制造精度要求很高。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员 提出了一种新型毛细驱动的模块化微流控系统，其特点是可以根据特定需求选取特定基本功能模块实现特定结构的拼装，其开放的结构使得易于整合各种支架和反应物，且没有必要进行严格的密封或对齐。采用 3D 打印机打印不同的功能模块，通过类乐高式的统一接头拼装，然后用具有毛细效应的材料填充微流道，即可实现。这种可快速重建的模块化微流体装置由基本功能模块和其他个性化模块组成，每个模块都有统一的标准接口，便于组装。通过桌面 3D 打印机打印，制造过程简单高效，并且可以方便地控制流道尺寸。通过不同模块的多种组合，可以实现多种不同的功能，而无需重复制造过程。单个模块也可以取出来进行测试和分析。课题组通过一系列探索，选定了适合的毛细填充材料，并进行了一系列流量流道尺寸标定实验，为流场可编程提供基础；通过几个简单电路实验，证明了系统用于液态电路的潜能；通过骨支架的降解实验展示了系统作为生物反应器的能力；通过一系列细胞培养及表征实验，揭示了系统 在生物医学应用中的可行性 。 本方法的优点有： 1 、拼装好的微流控设备 借助毛细力实现连续灌注，无需借助注射泵。这种新型无泵型微流体装置具有开放通道，便于将反应物沉积在所需区域，同时避免泄漏和压力问题； 2 、 基于低成本 3D 打印机制作 各个基本功能模块 ，制造过程简单高效，方便控制流道尺寸，具有良好的流量可编程性； 3 、 各基本模块具有标准化统一接口便于拼装，并逐渐组成一个模块库，可以重复使用，研究人员可以根据实际需要选择相应的模块并进行简单组装，通过不同模块的多种组合，可以实现多种不同功能，而无需重复制造过程。单个模块也可以取出来进行测试和分析 ； 4 、 该系统展现出良好的生物相容性。 图 1. 模块化微流体装置制造过程示意图 图2 不同的流动行为操控 图 3. 几种典型的芯片模块 图 4. 模块化芯片的细胞培养

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“激光增材制作技术”专题

Xing2 2018-2-1 14:55

金属零件激光选区熔化技术的现状及进展 杨永强 陈杰 宋长辉 王迪 白玉超 华南理工大学机械与汽车工程学院 激光选区熔化(SLM)是利用高能量激光束将设计好的二维截面上的金属合金粉末熔化, 由下而上逐层打印实体零件的一种金属增材制造(AM)技术,具有尺寸精度高、表面质量好、致密度高和材料浪费少的优势, 已经成为AM技术在金属零件成型领域中的重要技术之一。阐述了SLM技术的原理和研究现状, 总结了其在航空航天、医学、汽车、模具等方面的应用现状, 并展望了其未来的发展趋势。 高强铝合金的激光选区熔化成形研究现状 朱海红 廖海龙 华中科技大学武汉光电国家实验室 随着轻量化、结构功能一体化的强劲需求, 高强铝合金复杂精密零件在航天航空等领域应用广泛, 但因其焊接性能和铸造性能差, 传统加工方法难以制备。激光选区熔化成形(SLM)技术是制备该类零件的最有前景的新方法。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化、含大量易烧损合金元素, 有很强的热裂倾向, 成形难度极大, 因此目前其SLM成形技术远落后于其他材料。但是由于其广阔的应用前景, 近几年发展迅速。总结了国内外高强铝合金激光选区熔化成形的研究现状、发展趋势及存在的主要问题。 钛及钛合金激光选区熔化技术的研究进展 李俊峰 魏正英 卢秉恒 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 激光选区熔化(SLM)作为一种直接制造金属构件的增材制造技术, 可实现复杂结构件的高精度制造。介绍了SLM技术的发展现状及原理, 从材料体系、成形工艺、显微组织及力学性能方面论述了国内外钛及钛合金SLM技术的研究及应用现状, 总结了SLM技术加工钛及钛合金过程中存在的问题,及对其未来的发展趋势进行了展望。 激光选区熔化成形模具钢的发展现状及前景 文世峰 季宪泰 周燕 魏青松 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室；武汉工程大学机电工程学院 激光选区熔化(SLM)能够实现由粉末到零件的自由制造, 成形件尺寸精度高、表面粗糙度低, 特别适合具有复杂结构的模具的成形。重点介绍了SLM成形模具钢的研究现状、成形材料、工艺特点、组织演变和性能优化等, 并简要介绍了其应用现状,如随形冷却流道的应用案例等。总结了现阶段SLM成形模具钢存在的问题, 并对其未来的研究方向进行了展望与探讨。 铝合金增材制造技术研究进展 苗秋玉 刘妙然 赵凯 马广义 吴东江 大连理工大学机械工程学院精密与特种加工教育部重点实验室；上海航天设备制造总厂 介绍了铝合金增材制造的相关技术研究进展。着重阐述了选区激光熔化、电弧填丝增材制造、激光-电弧复合增材制造在铝合金增材制造领域的优势与发展前景。研究结果表明, 选区激光熔化的研究主要集中在成形件致密度的改善、微观组织控制和力学性能提升等方面, 现阶段的成形件的致密度已接近100%, 微观组织和力学性能优于铸件的但差于锻件的；电弧填丝增材制造的研究主要集中在大型结构的尺寸控制, 但较大的热输入量限制了成形结构的性能提升；激光-电弧复合铝合金增材制造的相关研究较少, 完善相应的工艺技术及激光与电弧的耦合行为是其发展方向。 激光增材制造技术在眼科中的应用 段沐森 吴凡 刘瑞雪 黑龙江大学物理科学与技术学院；山东省立医院皮肤科；视网膜健康中心科研部 总结了增材制造技术在个性化眼科医疗、精准眼科医疗、移动眼科医疗、眼视光学和眼科仿生领域的近期应用与未来发展前景。激光增材制造技术凭借易于定制和高效率的优势, 有望令病人获得更具人性化、更有针对性、更加普及化的眼科医疗服务。 激光增材制造钢粉体材料研究现状 董世运 闫世兴 冯祥奕 李永健 陈岁元 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室；东北大学材料与冶金学院 随着激光增材制造金属件的质量和性能的提高, 金属粉体材料已成为金属激光增材制造技术应用的制约因素, 激光增材制造专用金属粉体材料成为了近年来的研究热点之一。针对激光增材制造钢粉体材料, 从材料设计、粉体制备、表征评价、样件实例等方面综述了激光增材制造钢粉体材料的国内研究现状, 提出了激光3D粉体材料研究和应用中存在的主要问题及发展方向。 陶瓷材料激光增材制造的研究现状及展望 倪荣萍 钱滨 刘畅 邱建荣 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室；浙江大学材料科学与工程学院 近年来, 激光在增材制造技术中的应用丰富了增材制造技术类别, 拓宽了精度范围和应用领域。概括了激光增材制造(LAM)陶瓷材料技术的类别、原理和特点, 介绍了其应用和研究现状。另外, 分析了各种技术存在的不足, 并对陶瓷材料的LAM的发展前景进行了展望。 激光3D打印玻璃研究进展 杨玥 钱滨 刘畅 邱建荣 浙江大学材料科学与工程学院；浙江大学光电科学与工程学院 简要介绍3D打印技术的原理, 以数字模型文件为基础, 运用可黏合材料, 通过逐层打印的方式构造物体。重点介绍3D打印玻璃的研究现状, 包括非激光式3D打印玻璃和激光式3D打印玻璃, 分析3D打印玻璃研究目前存在的问题。通过对原理与应用的详细介绍进一步加深对激光3D打印玻璃技术的认知。最后对激光3D打印玻璃技术进行了总结与展望。 3D飞秒激光纳米打印 刘墨南 李木天 孙洪波 吉林大学物理学院；吉林大学电子技术与科学学院, 集成光电子学国家重点实验室 现今各个应用领域的器件微型化、功能化和集成化的发展趋势, 对微纳加工技术提出了巨大挑战。越来越多器件的核心设计都依赖于高度图案化的三维复杂微纳结构。3D飞秒激光纳米打印(FsLNP)是一种无掩模的、利用飞秒激光直写进行加工的三维增材加工技术。其高度可设计性和远超光学衍射极限的高加工精度能够充分满足复杂技术需求。基于3D飞秒激光纳米打印独特的双光子聚合机制, 只要合理设计所需材料的光聚合方案和微纳结构, 可以制备一系列效率高且性能优越的微纳器件。简要介绍了3D飞秒激光纳米打印的技术要点、基本原理和目前所涉及的典型应用。 激光微纳三维打印 杨栋 刘力谱 杨宏 龚旗煌 李焱 北京大学物理学院 立体光固化成型、选择性激光烧结和双光子聚合是具有代表性的激光微纳三维(3D)打印技术。其中双光子聚合的特征尺寸能够突破衍射极限, 使得在亚波长尺度上精密制造微光学元件成为可能。对这三种激光微纳3D打印技术进行了综述。 骨科数字化3D打印技术及应用 陈继民 张成宇 曾勇 徐仰立 北京工业大学北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心 综述了近年来3D打印在骨科中的应用和研究的几个层次：3D打印出用于术前模拟手术的模型, 可以形象直观地制定手术方案, 省去手术中多余的步骤, 减少手术时间和风险, 减轻医生的劳动强度；3D打印出基于计算机辅助设计、实现精准化手术的医疗导板和量身定做的植入物, 利用医疗导板可保证手术位置、方向及角度的准确性, 并提高手术的安全性和可预见性；个性化3D打印植入物能更好地满足患者的需要, 但在进入临床前仍面临政策上的挑战。与国外技术相比较, 我国在骨科3D打印方面还存在一定差距, 通过分析指明了我国需要着重发展的技术和对策。最后, 对3D打印在骨科上的应用进行了展望。 激光冲击强化对电弧增材2319铝合金微观组织及残余应力的影响 孙汝剑 朱颖 李刘合 郭伟 彭鹏 北京航空航天大学机械工程及自动化学院 利用激光冲击强化(LSP)与电弧增材制造(WAAM)复合技术, 改善增材构件微观组织及应力状态, 并研究LSP前后WAAM 2319铝合金的微观组织、显微硬度以及深度方向残余应力分布。研究结果表明, LSP能够减小WAAM 2319铝合金的晶粒尺寸, 优化残余应力分布。LSP后, 增材构件的平均晶粒直径由冲击前的68.86 μm减小到34.32 μm, 显微硬度由冲击前的67.8 HV增大到100.6 HV；残余压应力的最大值约为90 MPa, 影响深度为0.65 mm。 四波长激光准六自由度激光增材制造异形永磁件 王涛 朱惠芳 张翠亭 姚建铨 马俊杰 何晓阳 吕雪亮 牛世兴 河北工业大学机械学院；天津大学精密仪器与光电子工程学院；南京津淞涵电力科技有限公司 拉制了两种低损耗、单模、近红外宽带传输的空芯反谐振光纤，并用于高功率超短皮秒脉冲传输。利用无节点结构的空芯反谐振光纤实现了平均功率为74 W、单脉冲能量为185 μJ、峰值功率为10.8 MW的超短脉冲传输，且输出激光在频域和时域上均没有发生明显变化。 基于三维打印技术的太赫兹波段的柱透镜 张涵祎 王可嘉 张玉立 叶曦 刘劲松 杨振刚 汪盛烈 华中科技大学武汉光电国家实验室；华中科技大学光学与电子信息学院 设计了一种工作在太赫兹波段的柱透镜, 并且使用三维(3D)打印技术制作出了样品。对样品进行了测试, 将测试结果与数值仿真结果以及商用太赫兹柱透镜的测试结果进行了对比。结果表明, 两种柱透镜的焦距均在100 mm左右, 与仿真结果相符, 且打印的柱透镜在不同传播距离下的光斑半峰全宽与商用柱透镜的很接近, 证明了3D打印技术可以用于制作太赫兹波段的柱透镜等光学器件。 封接玻璃预制件的激光选择性烧结制备技术 徐博 殷先印 祖成奎 韩滨 高锡平 陈玮 中国建筑材料科学研究总院, 建材行业特种玻璃制备与加工重点实验室 3D打印技术可实现产品的快速无模制备, 有望解决封接玻璃预制件生产过程中模具加工、维护成本高的难题。以玻璃造粒粉和固化剂为原料, 将激光选择性烧结技术用于封接玻璃预制件的制备。实验结果表明：封接玻璃造粒粉适用于逐层铺粉的激光选择性烧结成型；制备造粒粉的黏结剂为聚乙二醇, 用于激光烧结成型的固化剂为聚苯乙烯, 其适宜的添加质量分数为20%；将固化剂与玻璃造粒粉均匀混合, 经激光选择性烧结后得到尺寸规则的预成型体, 再经加热排胶处理以充分去除黏结剂和固化剂, 获得强度符合要求的封接玻璃预制件；该技术可用于封接玻璃预制件等产品的快速无模生产。 内嵌类蜂窝石墨骨架导电复合材料的制备与性能 吴海华 肖林楠 王俊 王亚迪 三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室 提出了一种制备填充型导电复合材料的新方法。基于选择性激光烧结技术, 快速制备了类蜂窝多孔石墨骨架坯体；对坯体进行浸渍、干燥、炭化处理后, 获得了预制体；将预制体与酚醛树脂粉末复合在一起, 获得了新型导电复合材料。研究结果表明, 当蜂窝数量为18个时, Y型导电复合材料电导率达0.104 S·cm-1, 抗弯强度达20.61 MPa。可通过不同的多孔石墨骨架结构和后处理工艺来调控填充型导电复合材料的力学和电学性能。

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无支撑的3D打印新方法

heyongzju 2017-11-27 22:50

摘要：在3D打印过程中，辅助支撑常用于悬垂结构的打印以及防止结构塌陷。然而这种技术不是一直都有效的，它同时会带来很多不利的影响，诸如：打印精度差，结构复杂，打印材料浪费以及提高打印成本。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室的贺永教授及傅建中教授课题组提出了一种全新的思路：倾斜打印（inclined layer printing，ILP）用于取代辅助支撑。ILP制造的结构每一层切片是倾斜的，通过设计合理的倾斜角度，悬垂结构能够实现自支撑。该研究相对于传统打印工艺具有免辅助支撑，易与现有技术集成，提高打印效率，节省打印材料等优势。 55 Inclined layer printing for fused deposition modeling without assisted suppor.pdf 3D 打印通过将材料一层层沉积到已成型结构上的方式实现增材制造。为了防止打印过程中材料的塌陷，辅助支撑结构就需要被用到来支撑可能产生塌陷的表面。此外，当需要打印的结构刚度很小的时候，为了防止打印过程中结构晃动导致的打印失败，辅助支撑结构还起到提高打印件刚度的作用。过去几年，研究人员开发了各种用于优化辅助支撑的方法，包括零件放置方向优化算法，自适应分层算法，快速支撑生成算法，可溶性支撑材料，支撑结构拓扑优化等等。然而，支撑结构的存在本身就会导致 支撑表面质量差，材料浪费，打印时间长，打印件后处理复杂 等问题。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员提出了一种基于倾斜分层的 3D 打印方法，成功实现了无支撑打印悬垂结构，省去了辅助支撑结构，大大降低了打印时间，以及一定程度上提高了悬垂结构的表面质量。该技术首先识别并分割零件的悬垂结构，然后将悬垂结构三维模型进行空间旋转变换，之后对旋转后的结构进行切片，接着将切片代码逆向空间旋转转换至原先位置，最后将变换后的代码进行耦合。本方法具有 算法复杂度低，集成度高，可拓展性强的优势，在生物3D打印，光固化3D打印等领域具有普遍的适用性。 图 1倾斜分层技术. 课题组研究了不同工艺参数下倾斜打印的效果，通过实验数据计算得出了最有的倾斜切片参数配置方案。 图 2倾斜打印的最优分割策略. 图 3倾斜打印件表面成型质量. 图 4 不同倾斜切片角度打印的悬垂结构. 图 5 采用传统辅助支撑结构以及倾斜打印制作的酒壶模型. 图 6 采用倾斜打印工艺制作的长悬臂梁结构. 图 7倾斜打印用于复杂壳体零件的制作对比. 目前该成果已在Elsevier旗下的 Robotics and Computer IntegratedManufacturing期刊发表，题为 “Inclined layer printingfor fused deposition modeling without assisted supporting structure ”

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基于3D打印的微流控芯片模块化快速制造

heyongzju 2017-9-16 11:09

基于 3D 打印的微流控芯片模块化快速制造 摘要： 微流控芯片作为集成化学、生物领域中的样片制备，检测分析及细胞培养等功能的平台，在当今的医学研究中具有广阔的发展前景。而目前基于传统技术的3D微流控芯片加工面临加工周期长，制造成本高，芯片功能结构单一的问题,如果能够在短时间内基于实验方案个体化定制3D微流控芯片，将会为生物医学研究，尤其是体外微环境构建研究提供高效工具。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室贺永、傅建中教授团队经过两年多的研究探索，提出了一种基于模块化结构设计的3D微流控芯片定制工艺，该工艺能实现基于芯片功能设计的微流控芯片快速制造。本工艺结合生物制造技术，可以快速制造器官芯片，为后续芯片上不同器官的集成模拟提供了一种可行方案。本研究受到国家基金联合基金-浙江省两化融合重点项目、国家优秀青年基金、浙江省杰出青年基金项目资助。 52 Rapid Customization of 3D Integrated Microfluidic Chips via Modular Structure.pdf 3D 微流控芯片的制造方法一直是微加工领域的研究热点，常见的方法包括：传统技术加工 2D 结构层叠得到 3D 芯片， 3D 打印技术直接制造 3D 微流控芯片和预先制造芯片模组组装 3D 芯片。虽然这些方法制造得到的 3D 微流控芯片在一定程度上可以满足实验需求，但是它们无法兼顾医学研究中对芯片材料生物兼容性和芯片制造快速简便的要求，故对于不同的实验环境和实验要求，这些方法制造的 3D 芯片结构和功能需要不断优化及改进，影响芯片内细胞、组织的培养和检测，进而延长实验周期。 我们 课题组 提出了一种全新的 3D 微流控芯片制造方法，其特点是根据实验需求快速组装芯片模块，在保证生物兼容性的前提下实现 3D 微流控芯片的快速重构。通过课题组前期自行研发的糖打印机，利用糖挤出喷头制造流道图案，浇注 PDMS 固化后翻模得到 PDMS 基的芯片模组。根据实验需求设计，将不同功能的 PDMS 芯片模组及柔性电路、生物支架等附属部件整合，利用快速可逆封装的技术构建完整功能的 3D 微流控芯片。不同功能的芯片设计只需依据设计更换不同功能的模组即可。通过大量的工艺实验，系统解决了 PDMS 模组的成型问题；通过芯片重构实验演示了基于功能设计的芯片快速定制；并通过后续的细胞培养、细胞氧化应激损伤及器官芯片快速构建展示了该方法在生物医学应用中的可能性。 图 1 基于模块化结构设计的 3D 微流控芯片快速制造原理图 图 2 一种适于生物医学应用的集成芯片的快速制造 图 3 基于功能设计的微流控芯片快速重构 图 4 快速定制芯片内的细胞培养研究 图 5 快速定制芯片内的细胞氧化应激损伤研究 图 6 器官芯片的快速构建研究 目前该成果已在 ACS 旗下的 ACS Biomaterials Science Engineering 期刊发表，题为“ Rapid Customization of 3D Integrated Microfluidic Chips via Modular Structure-BasedDesign ”， DOI: 10.1021/acsbiomaterials.7b00401 。

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跨尺度血管结构的生物3D打印

热度 1 heyongzju 2017-2-16 20:35

生物3D 打印宏微跨尺度血管结构 3D Bioprinting of Vessel-likeStructures with Multilevel FluidicChannels DOI ： 10.1021/acsbiomaterials.6b00643 心血管疾病是当今世界威胁人类最严重的疾病之一，其作用机制复杂，目前基于动物实验及平面细胞实验的研究与人体环境相差甚远，如果能够在体外构建一个可以模拟体内血管环境的血管模型，在这个模型上进行化学刺激和力学刺激，将会为心血管疾病机理的探讨提供高效的工具。我们团队经过两年多的研究探索，提出了一种血管3D打印工艺，该工艺能实现宏微跨尺度血管结构的打印，宏观流道可用于各种机械力的加载，微观通道可用于营养输送以及化学物质的加载 。本血管打印模型可以集成在器官芯片上，可应用于药物筛选、细胞共培养、细胞力学等领域，本研究受到国家基金重点项目、国家优秀青年基金、浙江省杰出青年基金项目资助。 基于生物打印的方法在体外构建血管结构一直是组织工程领域的研究热点，常见的方法主要包括：直接打印管状结构和在凝胶结构中构建流道网络，虽然这些方法制造出的血管模型在一定程度上可以模拟真实血管的功能，但是它们无法同时满足化学加载和力学加载的要求，故无法用于体外模拟血管环境平台的搭建，进而难以用于血管类疾病机理的研究。 我们提出了一种全新的血管打印方法，其特点是能实现宏微跨尺度流道的同时成形。通过课题组自行研发的血管打印机，利用同轴喷头制造出中空凝胶纤维，装载成纤维细胞和平滑肌细胞的凝胶纤维可控沉积在三维打印平台中的旋转模板上，内皮细胞种在中空凝胶纤维融合后形成的宏观通道内。课题组通过大量的工艺实验，系统解决了跨尺度血管结构的成型问题；通过流体流动实验演示了多尺度流道的用处；并通过后续的三层细胞培养实验展示了在组织工程应用中的可能性。 我们很欣慰的是通过这个研究，将生物 3D 打印机实现了产业化，预计 今年 6 月份将能批量提供，本生物 3D 打印机及生物制造套件可实现包括可打印血管等含细胞的生物组织、人工骨等陶瓷材料、载药支架等的高效制造。欢迎感兴趣的老师联系我，继续就这一领域进行深化研究哈，yongqin@zju.edu.cn 题外话： ACS Biomaterials 延续了 ACS 出版社的一贯高质量要求，共 4 个审稿人意见都非常专业，我们的 Response Letter 就足足写了 30 页。 42 3D Bioprinting of Vessel-like Structures with Multilevel Fluidic Channels.pdf

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[转载]铸锻铣新工艺突破金属3D打印前沿技术

gongkong 2016-12-20 16:55

11月下旬，陕西省宝鸡市钛及钛合金产业工作组，组织了宝鸡钛业协会部分骨干企业，对钛在国内生活等应用领域的推广使用进行了调研。该调研组一行到访了国家 3D打印 技术重点科研院校：武汉华中科技大学“创形创质并行制造研究中心”科研团队，与该校3D打印科研专题组负责人张海鸥及团队进行了座谈、交流。 调研了解到，该团队历经近10年的时间，围绕3D打印金属零件成本高、金属组织呈枝/柱状晶型，产品性能跟不上传统的锻造产品等劣势因素展开研究。一改金属铺粉、激光熔化增材的传统3D打印制造方法，成功研究出用金属丝“电弧熔化打印增材+半固态快锻+铣削加工”为一体的“铸锻铣3D打印新工艺技术”。 此工艺加工的金属零件可获得呈等轴状晶型的晶粒组织，性能大幅提高，克服了3D打印金属零件无法达到高强韧性的缺点。试验制成的TC4样块，经室温拉伸性能测试，断裂延伸率为14%，冲击韧性值为59，其抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击韧性分别超过传统锻件的6.9%、6.8%、40%、59%。此项技术用电弧熔化金属丝制造的金属产品质量等同或优于传统锻造产品，突破了3D打印不能获得锻造组织的瓶颈，变革传统锻造大型锻件必须依赖巨型锻机、长流程、长周期，高耗能、高耗材的传统制造模式。实现铸锻铣加在线检测全过程数字化流程智能控制的新时代，整个工艺过程制造的零件成本比传统3D打印技术大幅度降低。其中，使用的原料材为常规产品，成本比3D打印专用粉也大幅度降低，这为3D打印工艺技术的推广使用带来了质的飞跃，将开创3D增材技术实际应用的新天地。据悉，该技术水平目前已超过日本。并于2016年9月14日被央视《朝闻天下》栏目新闻报道。 目前该科研团队设计制造的多款“铸锻铣”一体机已投入使用，他们打印生产的高铁辙叉贝氏体钢叉已交付使用，“铁道辙叉贝氏体钢自由增材成型一体机”已定型生产。航空大型承力多功能复杂材料零件、变向变径变厚中空不锈钢螺旋管，复合制造航空发动机钛合金零件，复杂的新建筑钢构多节点（11个节点）接头等产品的打印生产均已实现。 该项铸锻铣（增量/等量/减量）合一技术，有望开辟一台设备的绿色智能制造锻件的新的历史。因是制造业顶层变革，将带来包括设计、材料、工艺、检测、控制、装备一系列制造要素的变革，形成具有中国特色的短流程、绿色智能制造新技术群和产业群，改变西方制造占统治地位的现状，促进我国军民企业的转型，意义十分重大。 该项科研成果具有极好的实用性，此工艺技术将推动3D打印在多个行业的使用，一改此前3D打印工艺技术对球形金属粉末的需求。因3D打印用金属球形粉末制取难度很大，成本极高，1kg球形钛粉售价2000元左右，极大地制约了用球形粉3D打印制造的产品推广。该调研组认为，应该让更多投资3D打印专用球形粉末研发生产的企业了解到此项新工艺，认识到将来3D打印使用的金属原材料不会局限于球形粉末，要及时调整思路，谋划好企业的长远发展。

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[转载]最新3D打印无人机 打印之后可直接起飞

gongkong 2016-12-6 17:05

无人机无疑将会在未来扮演重要角色，这些自动飞行的机器已经在包裹配送、航拍、执法以及极限运动领域崭露头角，此类设备已经进入了规模生产状态。 最新 3D打印 无人机打印之后可直接起飞 现在，来自新加坡南洋理工大学的工程师们找到全新方法，不但可以通过3D打印来完成无人机的制造，而且还能够将其需要的电子部件一并完成组装。 菲利普·基恩(PhilipKeane)是在该大学3D打印中心工作的一名博士生，他设计的无人机采用了航空级材料，该产品在3D打印机中被打印完成之后，基本就可以直接起飞了。 基恩表示，他面对的最大挑战就是：如何让这些电子器件能够经受住打印过程中产生的高温考验，他们通过在器件外增加一些耐高温的保护层来克服了这一难题。 他的设计大约需要14小时来打印完成，其间会暂停3次，以便在机身内放置相应的电子器件。最后，只需装配电动机以及螺旋桨，无人机就可以升空了。 基恩采用的打印材料称之为“ULTEMTM9085”，这是一种高强度、轻量型热塑性塑料，以往被用于商用飞机的制造。基恩表示，在该材料的帮助下，无人机格外结实，能够运送超过60公斤重的货物。 目前，整个生产过程中的问题已经被解决，基恩的下一个目标是减少无人机自身的重量，同时提升它的耐用性以及改善飞行力学性能。

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[转载]解析3D打印技术如何解决穿戴设备的供电问题

gongkong 2016-12-5 16:43

智能手表、智能手环、智能夹克衫…形形色色的可穿戴设备与人们的生活越来越密切，它们的共同点是小巧、便携，这一特点也对可穿戴设备的供电方式提出了挑战，由于穿戴式装置设计较精巧，相应的内部电池也就非常小，电容量也比较有限，在这种情况下能通过无线充电装置随时进行传输充电成为必要的需求。 　　导电线圈在无线充电装置中起到关键作用，线圈被固定在无线充电装置的内部，这些内部结构往往复杂而狭小，如何将充电线圈进行固定？如何灵活的控制线圈的圈数和尺寸？对于这些问题，常见的制造方式是怎样实现的？而 3D打印 的方式又能够带来哪些突破？本期，小编通过一个用导电油墨直接3D打印线圈的应用与大家一起来了解一下这些问题。 　　在复杂或狭小的壳体表面直接3D打印导电线圈 　　目前，多数无线充电装置中的无线充电接收端是将已制造好的导电线圈粘接到产品壳体上的，因导电线圈内应力的存在使得线圈边缘容易变形翘起，影响其充电功能。同时粘结用的胶也存在耐久性问题，使用时间长或充电时线圈发热也会导致充电线圈翘起甚至会掉落。 　　由于线圈的圈数及形状都已经确定下来，如果调试中出现问题则需要很长时间对线圈尺寸及圈数等参数进行调整，并重新安装。对于一些特殊结构的可穿戴产品，特别是一些小产品及使用触点式充电的产品，内部往往会有凸台结构或凹槽等特殊结构，那么普通充电线圈将更加难以粘接在这些结构上面。 　　针对这些问题深圳还是威健康科技另辟蹊径，采用 3D打印技术 直接将导电油墨打印在穿戴产品的外壳上，形成穿戴产品接收端的导电线圈。3D打印线圈所使用的导电油墨为导电银浆或导电银钯浆等导电材料，该种材料打印性良好，且与可穿戴产品壳体的结合力良好，使得线路与壳体成为一个整体而不易出现翘起，剥离等不良状况。 　　在进行3D打印之前，首先设定好导电线圈的圈数和尺寸，同时由于3D打印技术的灵活性，可根据不同充电效率对充电线圈进行调整。不过，在可穿戴产品的壳体上进行导电油墨的3D打印并没有完成全部的工作，接下来还需要对可穿戴产品进行烘烤使导电油墨固化。 　　完成固化之后，3D打印线圈的端点将与金属导电馈点粘接在一起，金属导电馈点则与主板充电线路相连接，进而实现3D打印导电线圈的无线充电功能。 　　这种直接在可穿戴产品壳体上3D打印导电油墨的技术，为解决小型及复杂可穿戴产品的供电问题开辟了一条新途径。如果你对这种3D打印应用有什么看法？欢迎在文后吐槽评论。

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[转载]2016年3D打印线材迭代更新 打破产业瓶颈指日可待

gongkong 2016-11-28 15:49

在中国 3D打印 材理事会成立大会上，中国工程院院士、中国3D打印材料理事会主席周廉表示：“3D打印发展的关键在材料，未来3D打印材料将爆发巨大生命力，可能占据3D打印产值30%以上份额。我们一定要做好3D打印材料这篇大文章，缩小与国际差距。” 2016年3D打印线材迭代更新 打破产业瓶颈指日可待 近几年来，3D打印行业的发展可谓是如火如荼，但在发展过程中，其限制因素也逐渐暴露——3D打印材料。相较于迅速崛起的3D打印机，可用作线材的原材料少之又少，而开发可以用作生产的3D打印线材无疑成为了生财之道。回顾2016年，随着科学技术的发展，又有一大波3D打印线材加入了这一阵营之中。 　　 　　1.在研发3D打印方面，企业与企业之间共同合作的案例不在少数。美国3D打印机制造商TypeAMachines与3D打印线材开发商Polymaker就共同推出了一系列全新的3D打印线材——ProMatte。据悉，由于ProMatte本身的亚光处理会遮盖模型打印过程中出现的层次纹理，因此用该线材打印出来的模型不需要进行任何后期处理，而且在保证强度和韧性的前提下，ProMatte还比标准的PLA线材轻30%。 　　 　　2.当然，依靠自身经验与技术进行创新研发的企业也不少。著名3D打印机制造商MarkForged就为第二代桌面级复合材料3D打印机MarkTwo推出了一款专用的增强型玻璃纤维线材HSHT。这款新线材有以下特点：耐热性好，形变温度高达140℃；强度高比MarkForged的标准玻璃纤维线材高出近30%；重量轻，适合用于制造汽车或飞机引擎的某些零部件。 2016年3D打印线材迭代更新 打破产业瓶颈指日可待 3.而在推出MarkOne以及升级版MarkTwo之后，MarkForged公司又推出了一款这样的新材料Onyx。Onyx主要是由尼龙和微碳纤维组成，因此强度、硬度以及耐热性都远胜于普通的3D打印塑料。据悉，其热变形温度为145℃，而且它对后处理的要求也不高，打印件表面相当光滑，因此深受青睐。 更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]3D打印或将打破汽车设计常规 重新定义汽车设计

gongkong 2016-11-18 15:05

随着汽车时代的进步，人们手握方向盘的时间越来越多，自动驾驶的浪潮正在涌起。而与之同样备受关注的 3D打印 技术能否在未来改变整个汽车制造行业呢？ 3D打印或将打破汽车设计常规 重新定义汽车设计 　　 　　未来能否实现汽车的完全个性化定制？一些设计师对此深信不疑。 　　 　　来自哈佛大学的一项研究显示，美国人平均每天用于驾驶汽车的时间为101分钟。如果折算到平均寿命当中，人的一生要付出37935小时在驾驶汽车上，约4.3年。而且更加令人沮丧的是，大多数美国人已经习惯了不断付出油费，却使汽车的全部寿命只在其原始价值中度过。 　　 　　根据上述统计数字，我们可以预示到自动驾驶技术将给人们带来的影响。试想一下，如果能够省下坐在方向盘前的4.3年时光，人们能够做些什么？人们甚至可以每年多挤出两个额外的假期用来享受生活。 　　 　　伴随着经济性与实用性的考量，自动驾驶的新时代正在逐步向我们走来，而不断向前发展的新技术又给我们带来了另一个新的期待，这就是3D打印技术引领的汽车个性化新趋势。 　　 　　在追求实现自我价值的当今社会，人们对个性化的事物更感兴趣。人们会不遗余力的表现自己对事物外在形式的感受，展示自己良好的品味，还会为此付出强大的购买力。人们会按照自我喜好聘请设计师进行房屋装修的个性化设计，也会将自己的办公区域装扮的独具匠心，甚至还可以在网上定制自己的专属休闲鞋。然而在人生中要花费数万小时在汽车上，人们能有什么个性化的选择呢？会像人们在其他方面所追求的个性那样吗？人们有可能像装修设计那样，走进一家汽车经销商，和设计师聊聊自己的想法，然后请设计师用CAD软件制作出效果图，最后用一个巨大的3D打印机将整个汽车制作出来吗？ 　　 　　3D打印行业的设计者们相信人们至少可以在某些方面实现汽车个性化设计。事实上，有一些3D打印行业的企业已经开始在当今和未来汽车设计领域开展3D打印的尝试，例如LocalMotors公司，它们专注于用3D打印技术尽可能替代现有汽车部件的设计制造。要知道一辆现代汽车拥有超过两万个互相独立的部件协同工作，经过设计精密而高效的流水线组装而成，这些流水线的每一个步骤功能单一，目的明确，辅之以人工对生产过程的监测与维护。要想通过3D打印技术取而代之，需要付出极大的努力去探索技术。 　　 　　不同种类的车身零部件往往由不同材料制成，有着各自的外形特征和材料属性，因此使用3D打印实现的复杂程度可想而知。更何况还有行车电脑和电气系统、发动机、蓄电池等更加复杂的部件。现实情况是，现代汽车装配流水线一次可以组装数百辆汽车，而3D打印技术在可预测的将来尚不具备打印完整汽车的能力，所以那种点一下按钮就打印出一辆汽车的桥段还只能停留在科幻故事里。 　　 　　许多业内人士认为，由于缺少必要技术支撑与设计需求，以及安全法规的缺失，大规模实现汽车的完全个性化设计制造在未来100年甚至更远的时间内都不具有可实践性。不过对个性化设计的部分性尝试还是已经出现了，“如果只需要体现车身结构的汽车框架，那么现有的3D打印技术即可实现，如果要实现更复杂的零件，例如车内空调、电控车窗亦或是特斯拉使用的远程控制装置，我认为到2025年可以实现。”一位名叫AlderRiley的业内专家表示。 　　 　　重新定义汽车外观设计 　　 　　需要指出的是，汽车工业蕴含着九万亿美元的巨大市场规模，并且汽车工业多次发生变革，每一次都给市场带来巨大的震动。而最终消费者的购买行为影响着行业的沉浮，也决定着企业的生存与繁荣，而当今的消费者们对个性化的需求越来越强烈。 　　 3D打印或将打破汽车设计常规 重新定义汽车设计 　　“亨利·福特在汽车工业早期丢掉市场占有率就是因为他忽视了消费者对个性化的需求，”MarcoPerry，一位在纽约汽车圈内工作的研发设计工程师表示。“比起千篇一律的黑色，人们更喜欢多种多样的颜色，最终通用汽车以自身在市场上的成功向福特证明了消费者需要自己的选择权。” 　　 　　在福特T型车的时代之后，汽车设计用了很长时间跟上了消费者选择的脚步，而且可供选择的不再仅仅是车身颜色。 更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]3D打印减震“皮肤”为机器人延长寿命

gongkong 2016-11-16 15:44

看过机器人大战的人大概都知道，机器人也会消亡，原因往往是因为缺少修补材料。 　　麻省理工（MIT）计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）发现了一种可用于3D打印的新型软材料。这种材料不仅可以提高机器人的使用安全性和动作的精确性，还可以延长无人机、手机、头盔、运动鞋等的使用寿命。 　　此外，该团队还研发了可编程弹性材料技术（PVM）。使用该技术，用户可以根据具体需求，编程确定3D打印产品各个部件的硬度和弹性。例如，专家可以3D打印弹跳魔方机器人，并为它安装减震“皮肤” 。 　　CSAIL项目负责人Daniela Rus发表观点称：“减震对于防止无人机旋翼折断或传感器着陆时破损具有重要意义。我们不仅可以使用这种软材料3D打印弹性机器人，还可以根据用户需求设定相应的弹性指数。” 　　有了这种“皮肤”，机器人着陆的精准度将提高近4倍。这就意味着，类似的减震器可以用于延长亚马逊和谷歌等制作的配送机器人的使用寿命。 　　小编评论: 融合多种材料来扩大原有材料的减震性，远远扩大了3D打印的技术范围，而3D打印的在一个生产过程中可以融入多种材料的能力也大大改善了传统生产工艺的生产范围。 更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]俄罗斯研究小组成功进行3D打印子弹测试

gongkong 2016-11-15 15:42

近日，俄罗斯视角研究基金会对3D打印子弹进行了测试。据悉，这些3D打印的子弹是采用的类似于传统子弹的制造方式生产的。 　　据OFweek3D打印网了解，在不到一个星期的时间里，俄罗斯军方对外宣传了一些新的3D打印应用程序，包括无人机、坦克、武器等。而3D打印子弹是轧过最新的国防应用技术，它可以为国家的军队提供一种新型的弹药。据俄罗斯视角基金会报告说，他们对3D打印子弹进行了大量的测试，并发现3D打印的子弹在某些方面的表现和现有的子弹一样好。 　　据了解，研究人员使用激光烧结的形式来创建3D打印子弹，通过层层金属粉末融合，以创建一个完整的子弹，与传统子弹相比，没有接缝。虽然3D打印对于批量生产金属部件来说不是最快的方法，但研究表明，其在创建特定的设计以及模具是非常高效的一种方式。 　　3D打印子弹的测试由俄罗斯视角研究基金会与国防研究中心JSC Tsniitochmash合作进行。射击实验表明，子弹具有必要的强度和形式，与其他弹药一样能够有效地工作。研究人员认为，激光烧结技术将继续用于开发进一步的军事物品。 　　如果俄罗斯3D打印研究继续以目前的速度向前推进，该国的军队可能有一天会使用3D打印武器和弹药。在俄罗斯视角研究基金和JSC Tsniitochmash进行的3D打印子弹测试之前，AK-47突击步枪的创造者、传奇武器制造商Kalashnikov Concern在今年2月建议，它可以使用 增材制造 打造一种新型的突击步枪。俄罗斯金属公司Stankoprom与Kalashnikov Concern公司签订合同，为新的武器生产3D打印金属零件。 　　随着工业或消费级 3D打印机 在俄罗斯的快速兴起，该国的国防部门可以说是最大的增材制造研究领域。然而，3D打印的武器已经成为世界各地的一个有争议的主题，因为个人可以使用从互联网下载的文件在家里打印自己的武器。但早在今年9月，美国第五巡回上诉法院裁定，在线分发3D打印枪设计是非法的。 更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]2016年3D打印机出货量或增1倍 2020年或达670万

gongkong 2016-11-8 15:33

目前，3D打印正被更多人所接受，其应用已超越专业领域。如今的3D打印正被用于创建原型，扩大制造过程和生产成品。 　　 　　信息技术研究和顾问公司Gartner的最新预测，2016年3D打印机的全球出货量将达到455,772台，较2015年的219,168台提升一倍多。虽然经过市场初期的快速增长之后，目前的增长速度有所放缓，但未来四年3D打印机出货量还将持续增长，到2020年出货总量将超过670万。 　 　 　　全球3D打印机出货量走势来源：Gartner 　　 　　Gartner研究副总裁PeteBasiliere表示：“作为曾经的利基市场，3D打印已快速转变为应用广泛的主流技术，正被全球消费者和企业所青睐。软硬件逐渐演化以及可用材料不断扩大推动了消费者和企业级3D打印市场的增长。” 　　 　　目前，3D打印正被更多人所接受，其应用已超越专业领域。如今的3D打印正被用于创建原型，扩大制造过程和生产成品。众多行业都在尝试采用3D打印技术。Gartner预计随着新技术提供商和流程的不断涌现，该技术的增长将日益呈现更加广泛和多样化的趋势。 　　 　　七种技术构成了当前的3D打印机市场。因为入门级材料挤压打印机的成本比较低，材料挤压预计将在2020年之前引领市场。随着新供应商进入市场，且可打印的材料范围扩大，立体成型打印机的出货量也将快速增长。 　　 　　Basiliere先生认为：“消费类3D打印机的成本低于2500美元，因而成为教育机构、企业工程部、市场营销和创意部门所购买的低价设备。中学和大专院校的学生经常将3D打印机用于多种应用和学科，3D打印机可为学生们提供多项职业训练，如：工程、制造、航空航天和机器人。” 　　 　　初级企业3D打印机市场的决定因素是零件质量，材料先进性和有关设备制造原型、工具、夹具和成品的能力。在整个预测期间，原型制作仍然是3D打印机的主要企业用途，到2020年，企业用于增强制造的用途将增至75%。到那时，预计将近65%的分散制造商将使用3D打印机生产其销售或维修的产品部件。 　　 　　Basiliere先生补充说：“多年来，飞机和航空航天制造商一直采用该技术，通过3D打印机生产小批量零件和少数复杂设计零件。军事机构的设备使用期限一直很长，因此正在与国防承包商合作评估在岸上和海上更换和改装3D打印的部件。” 　　 　　从各区域而言，2016年，北美和西欧3D打印机市场将继续保持强劲增长。然而，在全球更多地区，它们的出货增长率依然落后。Gartner预测，2020年以前，大中华区、新兴亚太和成熟亚太地区将继续保持3D打印机高出货量和高增长率。那些意识到3D打印将对依赖传统制造技术的本土产业造成威胁的私营部门和公共部门企业将推动该技术的增长。 　　 　　而我们在这些数据和分析的基础上，还有一些其他的见解。首先，3D打印市场仍然是一个非常小的细分市场。2016年出货量Gartner给出的数据是45.5万台多一点，到2020年出货总量预计是670万台，而传统2D打印设备的出货量，2015年一年就是1.04亿台。二者差了三个数量级。即使是细分市场，2015年的激光一体机全球出货量也达到了2000万，远超3D打印机的出货量。在惠普推出消费级的桌面打印机LaserJet的时候，阻碍打印机设备普及的是它的价格；而现在3D打印机处在类似阶段，阻碍它普及的却是应用——更多的大众不知道用它来干嘛。 　 　 　　全球激光一体机出货量趋势关注2016年超过2000万台来源：IDC 　　 　　其次，消费类3D打印机的成本将远远低于2500美元。用于家庭娱乐、中小学教育的3D打印机不需要很高的精度，而是偏向趣味化、多应用的方向，演进产品形态。在这种情况下低价格的3D打印机已经纷纷涌现，MakerBot、XYZprinting、弘瑞、太尔时代、闪铸都推出了一批小型化的3D打印机，从RMB万元左右到三千元不等。 　　　　 　　再次，工业级的设备安装量决定3D打印技术的走向，消费级设备的安装量决定3D打印的市场大小。并且很不幸，欧美工业级的3D打印技术及应用上又领先一截——从速度大幅提升的CLIP技术，到GE收购德国3D打印公司在航空、航天领域的应用；而以色列则在某一个技术领域非常激进，最新初创公司XJET就释放出了关于液态金属3D打印的消息。国内在很多炒概念、玩资本的企业之中，在工业级3D打印技术应用上有成果并且走得比较快的是西安铂力特和华曙高科，它们在本土市场相较外企3D打印企业，将具备更强的灵活定制方案和交付能力。 更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]探讨3D打印技术与医疗怎样完美结合？

gongkong 2016-10-20 15:29

医学3D打印创新创业论坛是全国双创周西安站主题论坛系列活动之一，西安电子科技大学生命技术学院副院长梁继民作为特邀主持，围绕“医学3D打印”创业创新的主题，与中国工程院院士卢秉恒，杭州捷诺飞生物科技有限公司董事长徐铭恩，西安交通大学机械工程学院教授贺健康，西安交通大学生命科学院生物医学工程研究所博士高琳，西北有色金属研究院生物材料研究所所长助理余森，3D打印医学应用专家委员会软件专家廖胜辉，分别就 3D打印技术 在健康及康复领域的应用、3D打印医疗器械的技术和产业发展等多个方向切入，共同探讨了时下科技潮流中，3D打印技术在医学领域的前景与未来，给予到场嘉宾带来一场科技前沿的头脑风暴。 　　下面就由南极熊带着大家一起回顾医学3D打印创新创业论坛的精彩内容吧！ 　　医学3D打印创新创业论坛，精彩回顾之技术篇——3D打印与精准医疗，中国工程院院士卢秉恒： 　　3D打印是精准医疗的高端器械，具有广阔的产业化前景，随着我们生活水平的不断提高，人们对健康的追求也不断的提高，所以市场的上升空间非常大。 　　一、3D打印能为医疗做什么？ 　　首先可以做一些医学的模型，进行医疗培训。医疗手术过程用3D打印是非常必要的，可以弥补影像学数据缺失和医生手术时视野模糊带给医生的困扰。像南京医院为一个七个月大的先心小患者手术，术后发现手术效果不好，用3D打印发现心脏上扔有很多小洞，把这些小洞堵起来以后就好了。所以对于复杂的手术通过3D打印技术就可以很好的完成。 　　3D打印可以为骨科做很好的支撑。骨科方面我们的3D打印技术今后就可以直接应用于人体，和原来残留的骨头面结合面可以达到70%到80%，比原来标准的结构板要好很多，而且也可以做的比较轻盈。 　　也可以用于口腔科，像牙齿的康复、矫形，以前是用钢丝固定，每个礼拜到医生那儿去，这个过程极大程度上取决于医生的经验。而3D打印可以按照精准的数据做出矫正的牙套，这个牙套可以一个礼拜换一个，就可以很好的把牙齿矫正过来了。美国一家企业一次就买了150台我们这个光固化3D打印的设备，中国也有一家用了我们生产的3D打印设备去做牙齿矫正方面的器械。 　　还可用于颌面部创伤的修复。2001年做的世界首例个性化下颌骨，欧洲是2012年做的，我们比他们提前了10年。这是当时的报道，我们还和第四军医大学做了一个世界罕见的下颌骨吸收病例修复。这些在医学上个性化的东西没有标准，所以大批量的推广还有难度，现在国家药监局为了支持创新，让我们申报批号，这样进度就会非常快了。 　　做导航模板。比如脊椎手术导航模板制作，在脊柱上面打孔是非常困难的，如果打偏到中枢神经上，不仅不能把患者治好还会造成患者瘫痪。而现在用3D打印去做导航模板，可以精确打印，把两个骨头之间的空间做成导航模板塞进去定位，来指导打孔。我们和第四军医大学合作，做了很多这方面的案例，做的也非常成功。 　　对癌症的靶向治疗。癌症的治疗是非常痛苦的，一般采取化疗，把健康细胞和癌细胞一起杀死，使患者的健康受到很大的损害。而这个办法把放射性的药品放在针尖上，这个针尖是按照精确的方向和深度放在癌细胞的地方，准确的杀死癌细胞，这在医院实施的也非常成功，创新度很大。 　　3D打印还可以用在一些康复器具的制造上。制造出的康复器具可实现完全的个性化，包括失去功能的手指的恢复，以及假肢的再造。假肢不只是把残肢拷贝下来就可以了，因为残肢各个地方的压力压强是不一样的，病人感受到的疼痛程度是不一样的，我们按照生物力学进行非常科学的计算，按照计算数据制造出来的假肢痛感是最少的，完全可以用数字化进行治疗。还有很多老年人的康复，希望做到家居无障碍，包括辅助器具的制造，3D打印在个性化制造方面可以发挥非常多的优势。 　　弹性结构替代物修复。在骨修复方面，我们放入假体的目的希望原来的骨头能够再生，但要使它再生的快就要加一些应力，我们设计的时候可以把这些考虑进去，让能够再生的骨头获得比较好的应力。比如定制化复合型胫骨半关节在临床中的应用。 　　3D打印数据模型的建立可通过网络化云平台来实现数据工程师和医生的远程交互。医生可以用手机来表达对这个方案的意见，工程师按照他的意见进行修改模型，实现远距离的医生和工程师的通讯。 　　二、前沿研究—生物活性骨 　　在生物活性骨方面我们也做了很多动物实验，用一些生物可降解的材料来做，装进去一个假体，几个月后可以长出自己的细胞，这完全是活性的。为了加速生长我们做了生物反应器来促进循环，生物反应器能够提高康复时间，也可以做血管、打印神经的打印。 　　总而言之，医学3D打印的前景是非常好的，我们可以进一步让干细胞在不同的环境下，向不同的组织发展来进行组织再创的研究，如制造人工心脏、人工器官等；但实现的过程任重道远，还需要进行更多实质性的研究，需要工程科技工作者、医学工作者、生命学科的教授共同合作，把这个事情做得更好。 　　 增材制造 委员会的规划中也提到，2025年使个性化替代物全面进入临床应用，活力组织部分进入临床，在药理模型中获得大量应用。从单一组织向多组织共生发展，从体外打印培养向体内打印发展，从宏观组织研究向微观组织、细胞、基因学研究。支持脑科学发展，打印脑组织，向精准医疗发展，打印调控细胞和基因，实现复杂器官人体在线打印和在线细胞打印修复。 更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]3D打印发展势头良好 Autodesk再获上亿美元投资

gongkong 2016-10-18 16:07

由于显示出了良好的发展态势和惊人的潜能，3D打印技术目前越来越受到看好了。于是，与之密切相关的3D建模行业也受到了更多资本的青睐。近日，纽约一家总资产超过160亿美金的对冲基金SorobanCapitalPartnersLP就加大了在这方面的投资，而他们投资的对象不是别人，正是大名鼎鼎的软件巨头Autodesk，因为后者也认识到了3D打印的潜力，近年来在3D打印软件开发上发力相当猛。 3D打印发展势头良好 Autodesk再获上亿美元投资 　　 　　据了解，Soroban是由EricW.Mandelblatt在2010年成立的，近年来发展状况相当不错，在2014年的收益率曾一度达到130%！其实在2016年6月初，这支对冲基金就首次投资了Autodesk，当时他们购入了1000万股，持股比例为4%，每股价格53美元，总价值是5.5亿美元！现在，他们将总持股数增加到了1780万，比例也提高到了近8%，总价值更是上升到了13亿美元！ 　　 　　值得一提的是，Soroban这次采用的是一种激进投资，其特点是投资方可以占据大部分股权，甚至能以一种对自己有利的方式去影响被投资公司。另外，投资方还可以直接与被投资方的管理层和董事会交涉，甚至能因为某些因素（如经营状况不佳）对其施压，强迫其改变发展策略甚至出售资产。当然，这种情况基本不可能在Autodesk身上出现，因为该公司当前的发展状况非常好，上个季度的股价甚至整整提高了20美元！ 　　更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]解读3D打印技术融入制造业如此缓慢的原因

gongkong 2016-10-11 16:50

虽说是一项制造技术，但是 3D打印技术 自问世以来，融入制造业的速度却不尽人意。不可否认，像航空和汽车这样的行业，在3D打印技术的引入上做的十分出色。但就制造业整体而言，引入3D打印技术的企业尚且不多，更谈不上在制造业中大规模应用。为什么会出现这样的情况？3D打印技术融入制造业的速度为何一直这样缓慢？大致原因可以分为以下几类。 　　自身不适用：有些制造商并不需要3D打印技术。他们有着现行的制造工艺和相对固定的商业模式，能够完美契合自身的发展需要。如果不需要频繁制造原型或者研发新品，这些制造商根本不需要3D打印技术。 　　认为自身不适用：有些制造商会错误的认为，3D打印技术不适用。他们会觉得现行的工艺和商业模式牢不可破，无需改进，因此拒绝引入3D打印技术。但实际情况是，这些制造商时常需要进行小规模新品研发，而3D打印实际上能发挥很大作用。 　　未意识到技术潜力：以航空业为例，航空业花费许多年才意识到3D打印技术的巨大潜能，能够用来生产形状极其复杂的零件。当然，企业要意识到技术的潜力，需要经历漫长的过程，通过相关人才的引进，可能会加速这一过程。 　　从未听过：有些制造商规模较小，还有些制造商太关注现有技术的发展，因此无暇去了解新技术，更谈不上引入技术了。 　　错误的媒体导向：过去的几年里，大众传媒上充斥了许多关于3D打印的报道，不过其中多数报道都与学校、家庭和3D打印爱好者相关，这在一定程度上引起了人们的理解偏差。一些制造商会认为3D打印只适合学校家庭，并不能走入制造车间。 　　成本问题：有些制造商十分清楚3D打印技术的潜能，但自身的财务情况并不允许他们引入这项技术。引入这项技术，包含了人员培训、设备采购、供应链变更，甚至要建立配套的基础设施，这绝对是一笔不小的开支。 　　员工老龄化：在所有行业中都会出现类似现象，那就是年龄较大或临近退休的员工，拒绝任何变化，一方面因为思维滞后，另一方面是因为害怕失业。没有出现问题，就不要做任何变动，这句话成为了他们的准则。因此，这样的制造企业，通常会毫不犹豫地拒绝3D打印这样的新兴技术。 　　为了解决上述问题，如今许多 3D打印服务 商都努力推行3D打印教育，让众多的企业认识到3D打印技术的优势。相信在未来，随着制造业对于3D打印的认识加深，3D打印技术的融入速度会越来越快。 更多相关信息请浏览：www.gongkong.com

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[转载]金属3D打印应用于核电领域的关键技术研究获进展

gongkong 2016-9-22 16:16

　中国广核集团“金属3D打印应用于核电领域的关键技术研究”取得阶段性重大成果，课题组利用选区激光熔化 3D打印技术 成功制造出核电站复杂流道仪表阀阀体。经过基础性能测试，该阀体的材料化学成分和基础力学性能满足国际核电标准RCC-M的要求，该部件的工程应用将实现金属3D打印制造部件在核电领域应用“零”的突破。 　　本次试制的阀体长140毫米，宽76毫米，高56毫米，材料为核电常用材料Z2CND17-12（316L不锈钢），内部流道复杂，要求较高，是一种典型的核电承压部件。如采用传统制造工艺，则需整体锻造、精密机加工，制造周期长且工艺复杂。而该项目采用SLM技术，利用激光逐层扫描固化金属粉末，逐步堆叠出阀体外形及复杂的内部流道，一次成型，节省了材料并提高了部件稳定性，相比传统工艺可缩短制造周期，并可满足小批量快速生产，降低成本等的要求。 　　3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，已被我国列为战略性新兴产业技术。中广核是目前国内首个在核电领域内开展系统性金属3D打印技术研究的企业。本次阀体的成功试制，将为中广核后续建立核电金属3D打印联合研发中心奠定基础，同时有利于发挥中广核在设备制造产业链的技术主导作用，树立核电金属3D打印应用的标杆，引领我国核电产业发展。后续中广核将继续开展3D打印设计优化、零件修复、材料与工艺研制、标准体系建立等相关的研究。 更多相关信息请进入中国工控网浏览：www.gongkong.com

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老师，您不能再那样搞！

热度 6 lch264200 2016-9-7 15:00

兼议 3d 打印的出路 首先说明一下，在我们老家，称呼别人的时候都叫“老师”，以表示尊重。 书归正传。我们知道，3d打印首先是由奥巴马点火的。后经国内外专家学者的 添油加柴， 俨然成了无所不能的神器，甚至可以“只要想得到，就能做得到”。于是乎，它成了一种全社会的热潮。但事与愿违，3d打印行业非常不景气，大部分人乘兴而来，败兴而去，有点惨无人睹。 对此，本人实在看不下去，于是想对他们大吼，“ 老师，您不能再那样搞！ ”，以此来劝他们悬崖勒马，不要在搞现在这样的3d打印了。 这里需要声明的是，我不是3d打印的无用论者，恰恰相反，我对3d打印技术的前景非常看好。我反对的是“现有的，基于逐点打印（即一个点一个点的打印）技术的3d打印”。因为它是一种没有任何前途，甚至必然死亡的过时技术。 那为什么说现有的3d打印技术是没有任何前途，甚至必然死亡的过时技术呢？为此，我们先看一看3d打印非常独特的现象，我称它为“3d打印悖论”。 我们知道，3d打印有两个指标，即打印 精度 和打印 速度 。这两个指标对于3d打印来说都 至关重要 ，不可偏废。因为精度就是质量，速度就是效率。因此，我们当然要求3d打印既有高精度，也有高速度。 但是，对于现有的3d打印技术来说这是根本不可能的。因为，若“高精度的高速度”成立，意味着它必然是高精度的，而它是高精度的，其打印像素势必变小，而打印像素变小，则导致完成打印的时间变长，打印速度下降，即不可能是高速度。即 “高精度的高速度”是不成立的， 这就是“3d打印悖论”。 上述的“3d打印悖论”说明，现有的3d打印技术有着无法克服的致命缺陷，要么高精度，要么高速度，必须牺牲一个，不能兼顾。换一句话说，或者只能制造非常粗糙的简单物品，或者什么都造不出来（因为，若打印像素很小（如纳米材料），则即使打印1mm×1mm×1mm这样微小的物品也可能需要上百年，这是人类所不能容忍的）。实际上，目前的3d打印现状已经说明了这一切。说到这里，说现有的3d打印技术是没有任何前途，甚至是必然死亡的过时技术是理所当然的。 需要指出的是，上面只是对现有的基于逐点打印技术的3d打印判了死刑，并没有对整个3d打印也判了死刑。实际上，我是非常看好3d打印技术的发展前景，只是，它要真正成为一个制造“神奇”，它必须对现有的基于逐点打印技术的3d打印进行革命。 至于如何革现有3d打印命，我的偏方是，坚决抛弃逐点打印（即一个点一个点打印）技术，引进基于宏观打印（即同时打印亿万个，如大面积喷涂、磁控溅射等）技术的3d打印。

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悖论、3d打印及其最后归宿

热度 1 lch264200 2016-9-7 12:07

悖论、 3d 打印及其最后归宿 经奥巴马的煽风点火，再加上所谓专家学者的 添油加柴， 3d 打印 简直成了无所不能的神器，以致于“只要想得到，就能做得到”成了3d打印的代名词。 对此，本人实在看不下去，给3d打印泼点脏水。但是我首先声明，我不是3d打印的无用论者，恰恰相反，我对3d打印技术的前景非常看好。只是觉得目前的3d打印简直是 自欺欺人， 自寻死路，所以必须站出来做点什么。 我们先看一看“3d打印”的一个非常独特的现象，我称它为“3d打印悖论”。 我们知道，3d打印有两个指标，即打印 精度 和打印 速度 。这两个指标对于3d打印来说非常重要，不可偏废。因为精度就是质量，速度就是效率。因此，我们当然要求3d打印既有高精度，也有高速度。 那么，对于现有的基于逐点打印技术的3d打印，这种“高精度的高速度”是否可能呢？ 答案是否定的。因为，若“高精度的高速度”成立，意味着它必然是高精度的，而它是高精度的，其打印像素势必变小，而打印像素变小，则导致完成打印的时间变长，打印速度下降，即不可能是高速度。这就是“3d打印悖论”。 上述的“3d打印悖论”说明，现有的3d打印技术有着无法克服的致命缺陷，要么高精度，要么高速度，必须牺牲一个，不能兼顾。换一句话说，或者只能制造非常粗糙的简单物品，或者什么都造不出来（因为，若打印像素很小（如纳米材料），则即使打印1mm×1mm×1mm这样微小的物品也可能需要上百年，这是人类所不能容忍的）。实际上，目前的3d打印现状已经说明了这一切。 于是，我们可以想到现有3d打印的命运，就是，它正走在一条不归路。 需要指出的是，上面只是对现有的基于逐点打印技术的3d打印判了死刑，并没有对整个3d打印也判了死刑。实际上，我是非常看好3d打印技术的发展前景，只是，它要真正成为一个制造“神奇”，它必须对现有的基于逐点打印技术的3d打印进行革命。 至于如何革现有3d打印命，我的偏方是，坚决抛弃逐点打印（即一个点一个点打印）技术，引进基于宏观打印（即同时打印亿万个，如大面积喷涂、磁控溅射等）技术的3d打印。 这看起来有点不合常理，但确实是可能的。

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[转载]【转】滨州医学院附属医院采用3D打印导航技术成功救治颅颅内肿瘤

热度 1 timeanddoctor 2016-9-4 08:35

3D打印导航技术成功救治颅内巨大囊性病变导致失明患者 近日，我院神经外科李泽福教授、李勐副教授率领的团队成功采用3D打印导航技术救治1例颅内巨大囊性病变导致失明患者，术后患者视力明显恢复。 患儿8岁，因“双眼视力下降1月，失明5天”入院，经CT及MRI检查为颅内鞍上区巨大囊性占位，双侧视神经、视交叉、丘脑受压。经科室讨论，认为开颅手术创伤大，患儿一般情况差，手术耐受低，危险性高，决定采用3D打印导航技术辅助微创穿刺囊性病变减压挽救视力。术前对患者头颅结构进行三维重建，术中采用先进的3D打印技术导航，成功实施定向微创穿刺Ommaya囊植入，达到抽吸引流囊液抢救视力的目的。目前患儿视力较术前明显改善，且在进一步康复中。 经检索国内外文献，为全球首例3D打印导航下微创穿刺治疗颅内囊性病变。我院3D打印医学研究所成立以来，采用3D打印技术，在基底节区脑出血、脑干出血的微创精准治疗、脊柱骨折内固定、颅内动脉瘤、颅底肿瘤手术治疗上取得巨大进展，积累了丰富的经验，疗效肯定。

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纳米技术的最大谜题及其谜底

热度 1 lch264200 2016-9-3 14:55

纳米技术的最大谜题及其谜底 诺贝尔物理学奖获得者理查德﹒费曼早在1959 年就提出：“物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性”。美国物理学家德雷克斯勒博士更是预言，将来人类可以通过原子分子的操纵直接制造几乎所有的物品。 20 世纪80年代初，扫描隧道显微镜（STM） 的问世使单原子的操纵成为可能，1990年美国IBM公司的科学家们用扫描隧道显微镜（STM）操纵35个氙原子拼出“IBM”，宣告人类操纵原子分子直接制造功能物品（即，分子制造）的时代已经来临。于是，如何操纵原子分子直接制造宏观功能物体（而不是微观物体）成了纳米技术中最为重要的研究 课题。 于是，科学家们提出了很多方法，其中最引人注目的方法是通过操纵原子和分子，将它们精确定位到合适的位置 （它是不同于自组装过程的人为控制过程）来实现分子制造 。这种方法的核心就是原子分子的精确分布，我们称之为分子制造的精确分布方法。 我们知道，世界上的任何物体都是原子分子的一种空间分布，从这个意义上讲，只要能够实现原子分子的任意精确分布，我们就可以制造出世界上的任何物体，甚至可以创造新物体。 因此，分子制造的精确分布方法 被认为是分子制造的革命所在 。 原子和分子的操纵方法可分为两大类：一类是单原子单分子的一个接一个的操纵（以下简称原子分子的逐点操纵），如利用扫描隧道显微镜（STM）的方法；另一类是同时操纵亿万个单原子单分子（以下简称原子分子的宏观操纵），如分子束外延、磁控溅射等。于是，原子分子的精确分布也分为两种，一种是“通过逐点操纵的精确分布”，另一种是“通过宏观操纵的精确分布”。 众所周知，一个一个的摆放（即， 逐点操纵 ）方法是一个实现物质的精确分布的基本方法，自从盘古开辟以来一直沿用到现在，它被认为是实现物质精确分布的一种万能的方法。但事实并非如此，量变引起质变，当分布材料小到原子分子层面的时候， 在宏观尺度上实现 “通过逐点操纵的精确分布”是 不可能的（如， 一只苍蝇大小的物品，即使以每秒 100万个原子的速度制造，也需要几十亿年才能完成） ，因此 ， “通过逐点操纵的精确分布” 是不可能制造出任何 宏观功能物体。 这意味着，通过原子分子的精确分布方法 制造出宏观功能物体的唯一可能性在于 ， 我们能否实现 “ 通过 宏观操纵的 精确分布 ” ？ 这个问题更像是一个哲学问题，它实际上是要求我们回答两个貌似相互矛盾的事物，即“宏观操纵”和“精确分布”能否实现统一？。可是这个问题一直未能在科学上得到明确的结论，变成了一个名副其实的科学谜题。 现在我们分析一下这个问题对分子制造的可能影响：首先，若 “通过宏观操纵的精确分布” 是不可能的，那么分子制造只剩下原子分子的 逐点操纵方法和自组装方法，而这两种方法 几乎制造不出任何复杂的宏观功能物品。如，正如上面指出，在宏观尺度上实现 “通过逐点操纵的精确分布”是 不可能的，因此也就根本造不出任何 宏观功能物体；而原子分子的自组装，因其自身缺陷（无法控制组装过程、不伴有物质交换和能量交换等），也只能制造诸如单分子层材料、纳米棒阵列等等组成单纯、结构简单的功能材料；相反， 若 “通过宏观操纵的精确分布” 是可能的，正如上面讨论的，我们通过分子制造技术有可能制造出世界上任何物体，甚至可以创造出新物体。 于是达到这样的结论：能否实现 “通过宏观操纵的精确分布”这个 问题是分子制造因而也是纳米技术的最为基本和最为核心的问题， 若不能及时解决这个问题， 分子制造很有可能陷入极大的困境，甚至影响整个纳米技术的发展进程。 那么，上述科学谜题的谜底到底是什么呢？ 今天受一位同行的委托，公开一个关于上述问题的 研究成果 ，以期 给上面的科学谜题一个明确答案。 这个研究成果实际上是一幅 “原子画”（图 1 ）。“原子画”是指移动（或操纵）原子分子绘成的画像。这幅用肉眼看只有金属亮光的“原子画”，却有着超出人们的想象的震撼数据：它是用磁控溅射的方式操纵钨原子和铝原子画成的；在 12cm 的幅面里，画有一亿个左右互不重复的单细胞像（平均尺寸为 8 微米）；每个单细胞像由几十亿个金属原子构成，且其分辨率达到 6nm ；整幅画的完成时间为 3 小时 45 分钟（图 2 、图 3 、图 4 ）。 图1| “原子画”。它是 利用磁控溅射的方式操纵 钨原子和铝原子 完成的，其 直径为 12cm 。 图2| “原子画”（图 1 ）的 3.6mm ×2mm 局部的 250 倍背散射电子像。图中的亮度的高低表示钨原子的百分比含量的高低；图中的白色星点就是单个细胞的250倍放大像；在这3.6mm×2mm 局部里含有大约 10 万个细胞像。 图3| “原子画”（图 1 ）的 0.46mm ×0.25mm局部的2000倍背散射电子像 。 图4| “原子画”（图 1 ）的 60 μm ×60 μm 局部的6600倍背散射电子像 。 毫无疑问，这幅“原子画”本身就是通过原子分子的宏观操纵（即磁控溅射）实现的原子分子的纳米级精 确分布（其分辨率为 6nm ）。这直接证明了 在大尺度上实现“通过宏观操纵的精确分布”是可能的，也就彻底揭开了上面 科学问题的谜底：即， 通过宏观操纵可以实现原子分子的精确分布。 现在，随着这个纳米技术的重要谜题的解开，纳米技术的一个非常清晰的，崭新的发展路线图展现在我们面前：以分子制造的精确分布方法（即通过原子分子的精确分布直接制造功能物品）作为分子制造的主要发展方向，重点突破分子制造的关键核心技术 — “通过宏观操纵（而不是 逐点操纵 ）实现原子分子的精确分布”的技术。 当然，我们虽然证明了通过原子分子的宏观操纵可以直接制造宏观功能物体，但这还不够，我们还要找到实现它的 一般性或者统一性方法，这才是最重要的，而且真正具有革命性。 现在， 我们有理由相信，分子制造已不再仅仅是一个幻想，人类也有可能真正踏入纳米时代。 需要特别指出的是，即使不谈“ 原子画”（图 1 ）对解开上述谜题的重要作用，就拿这幅 “ 原子画 ” 本身来说，它在科学上具有非常重大的意义。我们可以设想一下，如果把上述“原子图”中的分布材料和图案改成其它材料（如，磁性材料或半导体材料 或光学材料等 ） 和其它图案（如，径向梯度变化图案等），我们会得到怎样的一种神奇材料！ 最后， 让我们再次感受一下“ 原子画 ” （图 1 ） 的几个颠覆性数据： ⑴ 这幅画是通过原子分子的宏观操纵（即磁控溅射）来绘成的； ⑵ 在仅仅12cm直径的幅面里， 画有一亿个左右互不重复的单细胞像（平均尺寸为 8 微米） ，而 每个单细胞像由几十亿个金属原子构成； ⑶ 这幅 “ 原子画 ” 的 分辨率达到 6nm ，若按分辨率，它是世界上最小的彩图； ⑷ 这幅 “ 原子画 ”的 像素超过 30 多万亿，比现有的世界上最大图（即“ 勃朗峰全景图”， 它的像素数是3650亿，由7万张照片构成， 如果以300dpi的分辨率标准打印出来，足有 1 个足球场那么大 ） 高出将近100倍。即，若按像素数，它 是 世界上最大的彩图，甚至是人类建造的最大工程。 ⑸ 若用原子分子的逐点操纵方法绘制上述 “ 原子画 ” ，即使假设以每秒一百万个原子的速度（实际上这是不可能的），也将需要几千年才能完成。而这幅画实际上仅仅用了 3 小时50分钟。 愿意和同行进行深入探讨，也欢迎同行的批评指正。

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南京科技馆

热度 2 terahertz 2016-8-29 08:19

2016年8月28日参观了位于江苏省南京市的南京科技馆。

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参观湖南长沙华曙高科

rczeng 2016-7-27 10:40

2016年7月21日上午10点多抵达长沙黄花机场，湖南华曙高科技有限责任公司常务副总经理陈勃生教授派专车来机场接机。将近12点钟才达到湖南长沙市高新区的湖南华曙高科技有限责任公司附近饭店。 看到餐桌上盘子里摆着儿时熟悉的菱角、莲子和莲蓬，久违的乡情从心中涌起。家乡盛产湘莲，莲心略带苦味，莲肉则甜而脆。小小湘莲，细细品味，苦中有甜，也阐释着人生苦中有乐，苦尽甘来。 陈勃生副总经理原系长沙理工大学教授，亲自参与见证了华曙高科的高速发展。前不久，他受邀去湖南某高校讲授3D打印技术，兴之所至，忘乎时间，本来2个小时的演讲，延长到3个半小时。 席间，陈教授及同事总经理助理喻祺高兴地介绍了公司的传奇发展历程及国家科技部、工信部及湖南省和长沙市政府有关部分对企业发展的大力支持。 饶有兴致地听取陈教授介绍华曙高科董事长许小曙博士。 许总系美籍华人科学家，在高分子材料3D打印方面造诣深厚。 说得曹操，曹操就到。许总和副总刘一展推门而入。许总抱歉地介绍到，同时在接待美国客户。因为公司3D产品及设备进入了美国市场，经常有美国客户来访。当该公司第一台3D打印设备出口到美国时，中南大学前校长黄伯云院士亲自剪彩并发表了热情洋溢的讲话。 饭后，随陈教授乘车一起来到公司展厅。大厅内陈列着琳琅满目的3D打印产品。首先映入眼帘的是一匹奋蹄的骏马。另外，还有许多高分子工业级产品和金属基生物材料产品。 走到靠近北面的墙边，几块悬挂在大厅内的牌子非常耀眼：高分子复杂结构增材制造国家工程实验室（国家发改委）、智能制造试点示范（工业和信息化部）、增材制造湖南省工程研究中心（湖南省发改委）、长沙增材制造（3D打印）工业技术研究院（长沙市政府）。 公司的产品涵盖手板制造、汽车、航空航天和医疗领域。 抬头望去，吊灯和天花板都是高分子3D及金属打印产品。大厅西边的千古名楼岳阳楼晶莹剔透，流光四溢；如荷的 灯罩 ，呈现出污泥而不染的质地。这些产品都通过科技与艺术的完美结合，体现了设计师的匠心独运，展现出材料的品质与内涵，提升了材料的工程和艺术价值。 进入洁净的厂房，自制的3D打印设备沿两边排布。几位技术人员正在忙碌着。封闭的机器内，激光交错地跳跃着，呈现优美而绚丽的舞姿，有时如华尔兹、有时如伦巴；走过的地方都留下一道道直线或弧线。在车间内，也偶遇许总及其美国客人。 陈教授热情地介绍了高分子3D打印工艺设备及流程，并不时回答我提出的问题。返程时间到了，与陈教授挥手告别。该公司3D打印产品所体现出的材料工艺与艺术的完美结合在我的脑海里留下深深的印记。 吊灯 天花板 新闻链接： 中石化联手华曙高科进军3D打印

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3D生物打印中的生物墨水可打印性研究

热度 5 heyongzju 2016-7-22 10:44

3D 生物打印中的生物墨水可打印性研究 39 Research on the printability of hydrogels in 3D bioprinting.pdf Researchon the printability of hydrogels in 3D bioprinting, Scientific Reports, 201 6,6:29977, DOI: 10.1038/srep29977 生物墨水的可打印性关系到 3D 生物打印是否能取得期望的精度。而生物墨水作为一种典型的软物质材料，其打印精度的控制是能否制造出临床尺寸结构的一个关键。目前国内外对此研究较少，甚至连可打印性“ Printability ”这个概念的定义都不清晰。在本文中我们从制造角度对生物墨水的可打印性进行了研究，对生物墨水打印时的合适黏度、从基础的 1D 线条打印到 2D 的支架打印，再到 3D 的组织实体打印中的各种误差成因及调控进行了探讨。并尝试对可打印性“ Printability ”进行了定义。 所谓的可打印性或者说某种生物墨水具有打印性通常包括三层含义：（ 1 ）、生物墨水的黏度需要能可调，比如通过温度、剪切变细等特性。只有可调才能设计适合的打印方式及打印参数区间。（ 2 ）生物墨水在打印前要是液态的，以避免堵塞喷嘴，打印后要能迅速变为固态以保持形状。在逐层打印的过程中，打印的纤维凝胶化并彼此粘结非常重要，这决定了该材料或该打印工艺是否是正真的 3D 打印。（ 3 ）拥有或找到针对该材料的打印窗口或工艺参数区间也非常重要。目前有大量的看起来很美的新型生物材料或生物墨水的研发报道，但最终这些墨水只能局限于某些简单的成型，使其失去实际意义。 从制造角度说，生物墨水中最常用的凝胶材料的打印窗口其实很狭窄。为了保证更好的成形精度，需要更高的墨水浓度或交联密度，而这会对细胞的迁移增值造成很大的影响，同时高浓度的生物墨水也会增加打印的难度。然而，低浓度的墨水难以定形。由于需要在墨水中混入细胞，因而很多用于处理凝胶及增强凝胶强度或活性的方法不具有生物兼容性。理想的生物墨水要求合适的黏度、足够的强度、良好的生物兼容性及降解性。迄今为止找到一种合适的生物墨水仍然是一个巨大的挑战。

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3D打印基于毛细驱动的微流控芯片

热度 1 heyongzju 2016-7-12 07:18

3D打印基于毛细驱动的微流控芯片 38 3D Printed Paper-Based Microfluidic analytical devices.pdf 3D Printed Paper-Based Microfluidic Analytical Devices .Micromachines, 2016, 7(7): 108. 受 Micromachines 主编的约稿，希望能贡献一篇关于 3D 打印与微制造结合的文章，优惠条件是论文可 Open Access 但不收钱。正好手头上正在做 3D 打印与微流控结合的研究，我们提出了一种基于毛细驱动的 3D 打印微流控芯片（ μ3DPADs ），其无泵驱动的特点与现有的纸基微流控芯片（ Paper-Based Microfluidic Analytical Devices ， μPADs ）类似。 对于纸基微流控芯片来说，毛细驱动的优点是不需要外界泵驱动，体积小，成本低，非常适合于 Point-of-Care （ POC ）系统等资源紧缺的应用场合。但毛细驱动的缺点是流动场都被动的由毛细力控制，无法实现复杂的流动控制及流场的可编程。通过 3D 打印可以将 2D 的纸基微流控芯片扩展到 3D 尺度。维数的增大带来的优势是我们可通过调控其流道深度来实现流速的可控（流场的可编程）。 我们做了一系列的实验证实了该芯片可以是目前 2D 的纸基微流控芯片的有效补充，该芯片适合于希望以无驱方式简化流体驱动的同时又希望能实现一些复杂的流动控制。

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3D打印微流控芯片及其在化学、生物中的应用进展综述

热度 1 heyongzju 2016-5-3 05:17

3D 打印微流控芯片及其在化学、生物中的应用进展（Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistry and Biology a Review） 36 Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistry and B.pdf 去年受 Electroanalysis 杂志副主编 José MPingarrón 教授的约稿，花了大半年的时间对 3D 打印微流控芯片的研究进展进行了梳理，结合了自己在研究过程中的一些理解，写了这篇综述 “Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistryand Biology: a Review” 。虽然尽力查阅了相关文献，但仍不免有所遗漏，尤其是由于发表周期的问题，近期的一些进展可能没有述及。 微流控芯片 (MicrofluidicChip) 是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域，又称为微全分析系统、微流体芯片等。基于 MEMS 工艺的微制造技术在微流控芯片中获得了广泛的应用，但随着时间的发展现有的微流控制造方法也慢慢暴露了很多缺点。主要体现在维度限制（制造三维微流控芯片比较困难）及小批量制造的成本居高不下。因而随着 3D 打印技术的发展，采用 3D 打印制造微流控芯片越来越可行与方便。 本篇综述的目的主要有：（ 1 ）梳理现有的 3D 打印技术，对各类 3D 打印技术适合于制作那种类型的微流控芯片进行分析，目的是帮助微流控研究人员更好的选择适合的 3D 打印工艺；（ 2 ）梳理现有 3D 打印微流控芯片进展，包括其在化学及生物学中的应用；（ 3 ）结合自己的理解，对 3D 打印微流控芯片的发展做些展望与预测，特别是以后可能会获得大幅发展的 3D 打印微流控芯片技术。 1 熔融沉积（ FDM ） 3D 打印方式的微流控芯片制造 挤出成型 3D 打印方法中， FDM 打印技术目前应用最为普遍，成本也最为低廉，售价通常在 3000RMB-1000RMB ，故而常被称为桌面式 3D 打印机。如能使用 FDM 打印机很好的解决微流控芯片的制造问题，无疑非常实用、非常方便。当然 FDM 桌面式 3D 打印机的缺点是精度不高，直接用来打印芯片通常会出现泄漏等问题，使用合适的打印材料，可以部分的避免这个问题。另一个方法是使用 FDM 打印打印模具，如觉得模具精度不高，可进行二次抛光，用作快速制造微流控芯片还是比较方便的，需要声明的是，该方法制造芯片的精度大概在几百微米之间。 基于 FDM 工艺打印的微流控芯片 2 光固化 3D 打印方式的微流控芯片制造 光固化 3D 打印方式中 SLA 价格比较贵，不够亲民。而 DLP 工艺近几年发展迅速，有普及的趋势，目前价格也就在 1 万 RMB-5 万 RMB 左右，精度也可控制在几十微米。个人觉得 DLP 工艺的 3D 打印机比较适合于微流控芯片制造，当然光固化树脂的一些特性可能会限制光固化打印微流控芯片的部分应用，而这也是研究人员可以努力的方向哈。基于 DLP 工艺，透明的微流控芯片、内置的 3D 流道相对容易制造出来，具体的部分技术细节还需进一步探索。我比较看好 DLP 技术在微流控芯片制造中的应用。 基于光固化工艺制造的微流控芯片 3 选择性激光烧结 3D 打印方式的微流控芯片制造 由于该方式主要烧结金属材料，价格较贵，在微流控中报道不多，主要见于微反应器的报道。个人觉得用于燃料电池的制氢微反应器可考虑使用这个工艺制造。 4 基于喷墨 3D 打印方式的微流控芯片制造 喷墨 3D 打印有两类成型方式，一类是通过喷射粘结剂粘附颗粒实现 3D 结构制造，这个工艺中液体渗漏是一个问题，个人认为不太适合于芯片制造。另一类是喷射光固化液滴，利用 UV 光固化，这个制造方式接近于前述的光固化工艺，但由于多喷头的作用使得彩色 3D 结构的打印不再是难题。该工艺制造微流控芯片同样有不少报道，理论上将可基于该工艺实现芯片上一些抗体、反应物等的同时打印，我们期待后续会出现这方面的报道。 基于喷墨光固化的微流控芯片 3D 打印 5 叠层制造 3D 打印方式的微流控芯片制造 叠层制造原来是指将切好截面的纸张叠加起来实现 3D 结构的制造，基于该原理可手工制造出芯片的每部分，然后将其叠加起来。个人觉得如果是手工制作，归类于 3D 打印有点勉强。不过目前的有一种融合了基于切纸的叠层制造及喷墨打印工艺的 3D 打印机有望在 3D 纸芯片的制造中获得应用，理论上讲使用喷墨打印头可方便的在纸上沉积各种试剂、而切纸工艺可方便的制造三维纸芯片结构，我很期待后续会有这方面的报道。 6 双光子聚合 3D 打印方式的微流控芯片制造 该工艺精度高，能制造微纳米尺度的流道，可惜受限于设备成本及商业化应用稍显狭窄的问题，该方法还需要成熟期，未来能否有较多的应用还有待观察。 基于叠层制造及双光子聚合的微流控芯片 3D 打印 7 3D 打印生物微流控芯片 /3D 打印生物 MEMS 3D 打印生物微流控可大体分为器官芯片打印及生物打印中的血管化。前者主要目标是在芯片上模拟出器官组织，用于药物筛选等。而后者主要是为了解决器官制造中的营养输送或者说是血供问题。 课题组的生物打印血管化研究工作，同样可用于器官芯片的直接打印 参考文献 116 的血管化工作 8 3D 打印微流控芯片优缺点 Method Principle Material Advantages Disadvantages Suitable microfluidics FDM Extrusion -based Thermoplastic, eutectic metal,ceramics, edible material, etc. Simple using and maintaining, low cost, easily accessible Rough surface, low resolution Mold casting, channel size larger than 200μm, Low-cost chips SLA DLP Photocuring Liquid photosensitive resin High accuracy Limited resin, unbio-compatible Mold casting, Channel size larger than 100μm 3DP-LR Inkjet-based Liquid photosensitive resin High accuracy Very expensive Transparent chips SLS SLM Photomelting Powdered plastic, metal, ceramic, PC, acrylic styrene, PVC, ABS wax, etc. Wide adaptation of materials, high accuracy, high strength Very expensive Reactor with high temperature LOM Paper cutting Sheet material (paper, plastic film, metal sheets, cellulose etc.) Low cost, easy to manufacture large parts Time-consuming, low material utilization 3D μPADs with different agents 3DP-P Inkjet-based Powdered plaster, ceramics sugar etc. Colorful printing Post surface treatment, low strength Unsuitable LDW Two-Photon Polymerization Process Laser-based Glass, fused silica etc. High accuracy Expensive Situations need high accuracy 9 3D 打印微流控芯片展望 个人认为后续 3D 打印微流控芯片有 6 个趋势 其一、从二维面芯片过渡到三维体芯片；其二、直接打印凝胶材质的微流控芯片；其三、针对微流控需要的 3D 打印工艺将会开发得到更多的重视；其四、基于打印工艺直接集成传感器及制动器到微流控芯片中；其五、基于 3D 打印的微流控芯片模块化组装；其六、纸芯片的 3D 打印封装，构成便携式 POC 系统。 更详细的探讨可参考我们发表的论文，欢迎感兴趣的同行交流。

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3D打印在嵌入式电子传感与智能物件中的应用

WileyChina 2016-3-21 12:00

转自MaterialsViewsChina 近几年，物联网领域的智能应用方兴未艾，例如智能血糖仪、智能手环、智能家居等。物联网拥有大量具有传感和驱动功能的互连设备，将所有物件连接起来实现了智能化识别和管理。随着人体健康和医疗等方面日益受到重视，个性化定制设备的需求量必然也会快速增长。为此，急需开发新的制造工艺，将传感和驱动等功能无缝地整合到我们使用的物件上，以实现其在人体健康和医疗等方面智能化应用。 3D打印 能快速、按需生产结构复杂和个性化物件，可以实现三维电子系统的个性化传感和驱动等功能集成，为个性化智能物件的有效制造提供了一个新平台。 最近， 加州大学伯克利分校的 Ali Javey 研究组将3D打印应用于制造个性化的智能物件。 这项技术实现了液态印刷元件和互连线与集成电路芯片在三维空间、方向和多印刷层间的个性化定制的系统级功能化的集成。他们通过这项技术制作出了一个用于电子热疗治疗的手套，实现了嵌入式可编程的加热器、温度传感器以及相关控制电路的集成应用。 这种将3D打印与电路元件集成制造的技术，为推进柔性电子、可穿戴、人体健康监测等智能系统的个性化定制的发展提供了新思路。同时，个性化的智能系统将会促进物联网、大数据、云计算的广泛应用。 相关文章发表在 Advanced Materials 的最新子刊 Advanced Materials Technololgies （DOI: 10.1002/admt.201600013） 上。 本文撰写作者：潘曹峰教授（中国科学院北京纳米能源与系统研究所） Advanced Materials Technologies （www.advmattech.com） 是一本刊载技术相关的材料应用研究的高质量期刊，着重于基于新材料的先进工程、器件设计和新技术。读者群涵盖学术界和工业界的材料科学家、工程师、物理学家、生物学家、医学研究人员、环境科学家以及食品工艺专家。 原文链接： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201600013/abstract

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器官芯片制造/生物3D打印课题组研究方向简介

热度 2 heyongzju 2016-1-7 04:30

课题组聚焦于制造学科与生物学科交叉领域，尤其是器官芯片制造，期望通过在微流控芯片上构造器官原型（器官芯片），在实验室环境下重现各种疾病的微环境，可广泛应用于药物研发、致病机理研究、细胞发育机制探讨等领域，为生物医学相关学科的研究提供基础支撑。主要围绕 三维微流控芯片制造新方法、生物仿生结构3D打印制造新方法、生物3D打印装备的关键技术 展开研究。 一、三维微流控芯片制造新方法 1 、 基于牺牲层工艺的微流控芯片制造方法， 通过 PDMS 与牺牲层材料混合打印，能够快速而低成本的构造生物兼容性好的 3D 微流控芯片， 所打印的芯片在细胞立体培养方面具有较大的优势。 2 、 基于光敏印章印刷方法的微制造方法， 将日常生活中常用的光敏印章引入微制造领域， 通过多次复合曝光可实现不同尺度微结构的嵌套加工 ，通过调整曝光掩膜的灰度，可实现不同深度微结构的一次性成型。非常适合于功能微结构的快速制造，可作为软刻蚀及微浇注等工艺的复制模板。 3 、 基于动态掩膜的微流控纸芯片制造方法 ，将桌面式 3D 打印机引入纸芯片的制造中，通过正反面固化， 可实现 1min 内快速制造好一张复杂的纸基微流控芯片 。 4 、微热压成型技术作为一种低成本微流控芯片制造方法，应用极其广泛。课题组较早的开展了热压成型相关技术研究。 建立了压印过程模型、揭示了微压印过程中聚合物流变特性与压印质量及压印效率间的内在关系、提出了模具拓扑优化策略、优化了压印工艺、降低了微热压成型缺陷。 相关论文： 1. He Y , Xiao X, Wu Y, et al. A facile and low-cost microfabrication material: flash foam . ScientificReports , 2015, 5. 13522. (SCI, IF=5.578) 2. He Y , Wu Y,Xiao X, Fu J Z, GuangHuai Xue. A low-cost and rapid microfluidic paper-basedanalytical devices fabrication method: Flash Foam Stamp Lithography . RSC Advances , 2014, 4(109):63860-63865. (SCI,IF=3.84) 3. He Y , Wu Y,Xiao X, Fu J Z * et al . Fabrication of Paper-BasedMicrofluidic Analysis Devices: a Review . RSC Advances, 2015, 5(4),78109-78127 (SCI, IF=3.84) 4. He Y , Wu W B,Fu J Z. Rapid fabrication of paper-based microfluidic analytical devices withdesktop stereolithography 3D printer . RSCAdvances , 2015, 5(4), 2694-2701. (SCI, IF=3.84) 5. He Y , Qiu J J, Fu J Z, Zhang J et al . Printing 3D microfluidic chip with a sugar 3D printer . Microfluidics and Nanofluidics , 2015,19, 447-456. (SCI, IF=2.528) 6. He Y , Fu J Z, Chen Z C.Research on optimization of the hot embossing process . Journal ofMicromechanics and Microengineering, 2007, 17(12): 2420. (SCI, IF=1.7) 7. He Y , Fu J Z, Chen Z C.Optimization of control parameters in micro hot embossing . MicrosystemTechnologies, 2008, 14(3): 325-329. (SCI, IF=0.875 ) 8. He Y , Wu W B, Zhang T, et al.Micro structure fabrication with a simplified hot embossing method . RSCAdvances, 2015, 5(49): 39138-39144. (SCI, IF=3.84 ) 9. He Y , Fu J Z, Zhao P, et al.Enhanced polymer filling and uniform shrinkage of polymer and mold in a hotembossing process . Polymer Engineering Science, 2013, 53(6):1314-1320. (SCI, IF=1.52 ) 10. He Y , Fu J Z, Chen Z C. Analysis of pattern height development inhot embossing process . Microsystem technologies, 2009, 15(7): 963-968. (SCI) 11. He Y , Fu J Z, Chen Z C. Experimental study on the hot embossingpolymer microfluidic chip . Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2008,21(3): 87-89. (SCI, IF=0.598) 12. He Y , Zhang T, Fu J Z, et al. Experimental Study on theFabrication of the Light Guide Plate with Hot Embossing Method //AppliedMechanics and Materials. 2010, 37: 448-452. 二、生物仿生结构 3D 打印制造新方法 1 、 基于营养通道同步构造的细胞打印新工艺 ，证实了本工艺所构造的微通道能够有效的用于组织内的营养输送，可起到类血管的作用；给出了打印过程中融合机理及融合时序，系统的探讨了可打印工艺区间；通过调控相邻凝胶微通道间的融合时序，可实现组织打印过程中的三维微流道网络的构建，为大尺寸器官打印中的营养输送难题提供一条可行的路径。 2 、假体已经广泛应用于人体颌面部损伤的修复中，传统个性化定制假体周期长，价格昂贵，严重制约了其在临床上的应用推广。课题组提 出了一种 3D 打印低成本假体制造方法 ，利用桌面级 3D 打印技术的低成本，通过抛光技术去除掉打印模具的台阶效应， 制造出表面粗糙度 Ra 低于 1μm 的光滑模具 ，浇铸出具有光洁表面的人工假体，使其成本从 4000 美元 / 件降至 30 美元 / 件。 发表的论文 1. Qing Gao, Yong He *,Jian-zhong Fu, An Liu, Liang Ma. Coaxial nozzle-assisted 3D bioprinting withbuilt-in microchannels for nutrients delivery . Biomaterials , 2015, 61, 203-215. ( SCI, IF=8.557 ) 2. He Y , Xue G H,Fu J Z, Fabrication of low cost soft tissue prostheses with the desktop 3Dprinter . Scientific Reports ,2014, 4, 6973. ( SCI , IF=5.578 ) 3. Shao H, Yang X, He Y* , et al. Bioactive glass-reinforced bioceramic ink writingscaffolds: sintering, microstructure and mechanical behavior . Biofabrication , 2015, 7(3): 035010. ( SCI, IF=4.289 ) 4. Xie J, Yang X, Shao H, HeY , et al. Simultaneous mechanical property and biodegradation improvementof wollastonite bioceramic through magnesium dilute doping . Journal of the mechanical behavior ofbiomedical materials , 2016, 54: 60-71. (SCI, IF=3.417) 三、生物 3D 打印装备的关键技术 课题组对芯片 3D 打印及细胞打印装备研发过程中所涉及的相关核心技术，包括表面粗糙度改进、速度平滑控制、快速支撑生成算法、打印误差控制与补偿等进行了系统的研究， 研发了具有自主知识产权的细胞打印及芯片打印装备 。 1. 为解决打印过程中的过填充与欠填充问题，通过 采用自适应间距路径避免恒定间距路径填充过程中出现的质量问题，提高了打印质量 。为提高打印过程中的支撑生成算法效率及稳定性，通过采用切片文件而非三维实体模型实现支撑区域的判断，可避免大量的三维布尔运算，提高了算法的运算效率。为提高制造加工的效率， 提出内支撑的概念 ，可直接利用切片文件实现内支撑生成算法。 2. 针对细胞打印中凝胶的可控沉积问题进行了深入研究 ，通过分析加工速度及加工路径对液滴沉积偏转的影响，建立了误差补偿模型。揭示了 5 种构造不同形态规律凝胶微球的成型机制，系统的阐述了其成型机理， 实现了含细胞凝胶液滴的可控沉积 。 3. 针对 3D 打印过程中零散线段过多，导致加工效率过低的问题。 提出并实现了基于改进精插补的参数曲线插补算法 ，使精插补过程中加工误差最小化，并且使进给速度曲线更加平滑。在粗插补过程中根据当前的进给速度确定前瞻路径长度，在搜索到危险区域之后通过反算确定减速点的位置，该算法可以提高参数曲线插补精度和加工过程的平稳性。 发表的论文 1. JinY, He Y * , Gao Q, et al. Droplet deviationmodeling and compensation scheme of inkjet printing . The InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology , 2014, 75(9): 1405-1415. (SCI, IF=1.458) 2. Jin Y A, He Y * , Xue G H, et al . Aparallel-based path generation method for fused deposition modeling . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2015, 77(5): 927-937. (SCI,IF=1.458) 3. Jin Y A, He Y* , Fu J Z. Support generation for additivemanufacturing based on sliced data . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2015, 80(9), 2041-2052 (SCI, IF=1.458) 4. Gao Q, He Y*, Fu J, et al. Fabrication ofshape controllable alginate microparticles based on drop-on-demand jetting . Journal of Sol-Gel Science and Technology ,2015: DOI: 10.1007/s10971-015-3890-2. (SCI, IF=1.532) 5. Jin Y A, He Y * , Fu J Z, et al . A fine-interpolation-basedparametric interpolation method with a novel real-time look-ahead algorithm . Computer-Aided Design , 2014,55: 37-48. (SCI,IF=1.801) 6. JinY, He Y *, Fu J. A look-ahead and adaptive speed control algorithm forparametric interpolation . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2013, 69(9-12): 2613-2620. (SCI, IF=1.458) 7. JinY A, He Y *, Fu J Z, et al. An interpolation method for the open CNCsystem based on EPM . The International Journal of Advanced ManufacturingTechnology , 2013, 69(1-4): 405-416. (SCI,IF=1.458) 8. Jin Y, Li H, He Y *, et al . Quantitative analysis of surface profile in fused depositionmodeling . Additive Manufacturing ,2015, 8: 142-148. 9. JinY, He Y * , Fu J, et al. Optimization oftool-path generation for material extrusion-based additive manufacturingtechnology . Additive Manufacturing , 2014, 1(1), 32-47.

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3D打印：从想象到现实（摘抄二）

热度 4 zywsict 2015-12-1 18:25

《 3D 打印：从想象到现实 》由Hod Lipson 和Melba Kurman所著。 1. 选择性沉积打印机家族的另一成员是 LENS （激光工程化净成形），将材料粉末吹入精心引导的高功率激光束。错过光束的粉末会落在一边，遇到激光焦点的粉末会立即融化并融合到增长部分的表面。因此，当激光的焦点扫描过打印对象的轮廓，打印头吹出更多的粉末时，部件就会一层一层地逐渐增长。 这种工艺的优点在于它可以用硬质材料（例如钛和不锈钢）制造物体。这种金属“打印”发明之前，由于 3D 打印只能使用塑料（聚合物）材料，因此大型产业并不是很重视 3D 打印。像 LENS 这样的金属打印工艺出现后，航空航天、汽车等大型产业开始对 3D 打印产生兴趣。现在，通过 LENS 技术，人们可以使用硬金属材料制造复杂的物体，例如具有内部冷却通道的钛涡轮叶片。 2. LOM （分层实体制造） 是一种 选择性沉积打印机。 LOM 打印机不使用打印头生成层，而是像它名字所描述的，将材料薄片层压成一个单独的三维实体。 LOM 工艺由设计文件开始，进行打印工作的不是打印头而是刀具或激光束。在设计文件的指引下，刀具将实体外形的轮廓从纸、塑料或金属的材料薄片中切出。想象将一个咖啡杯放在一张纸片上，沿着杯底的形状切出轮廓。 切完一张薄片后， LOM 打印机将切出的部分放至一边，铺入一张新的黏合薄片开始下一层的切割。打印机将切好的纸、塑料或金属薄片堆叠在一起，当制作对象的所有横截面都切好后，将这些切片层按压融合为一个三维实体。 LOM 打印机制造的一些铝箔模型是利用强大的超声波振动使片材之间产生摩擦力，从而整合为密实的整体。 3. 3D 打印机的第二个主要家族是由使用选择性黏合工艺的打印机构成的，这种工艺将原材料融化或凝固为层，许多早期的商业打印机使用的就是这种方法。需要指出，该方法的两种变体得到了广泛应用： SL （立体光刻）和 LS （激光烧结）。 4. SL （立体光刻）是最早商用的 3D 打印方法之一。想象一下，一个装有液体聚合物的小桶放置于公寓冰箱大小的打印机内部，打印机在一种特殊塑料的表面扫出一束激光。这种塑料是光敏聚合物，当其暴露于 UV 光下会硬化。每次激光扫描循着所打印形状的轮廓和横截面逐层进行。 SL 打印的优势在于激光作业快速、精确。多束激光可并行工作，其分辨率比挤压式 3D 打印头更高。当今的工业级 3D 打印机可生产出精细的模型和零部件，层薄仅为 10 微米，比一张薄纸片还要薄。随着光敏聚合物原材料质量的提升，以及应用范围的不断扩大， SL 打印机可生产出更多具有特殊材料属性的物体。 SL 打印的缺点在于吸入未固化的光敏聚合物粉尘会中毒，而且光敏聚合物并不像工业注塑成型所使用的热塑性塑料那样结实耐用。由于维护 SL 打印机的激光器十分复杂且成本高昂，对于大多数家庭用户来说， SL 打印机过于昂贵。但是使用来自蓝光光盘的低成本 UV 激光器的廉价机器市场可能会有所增长。目前的 SL 打印机一次只能打印一种材料。 5. 选择性 LS （激光烧结）由得克萨斯大学研究员卡尔·德卡德和约瑟夫·比曼于 20 世纪 80 年代发明。选择性 LS 使用类似于 SL 打印机的技术，所不同的是其不使用液态光敏聚合物，而是使用粉末。 和 SL 一样，很多人很难将 LS 打印工艺视为一种“打印工艺”。这种打印机以高功率激光束在粉床表面扫描，激光照射到的粉末融化，打印机内部的滚筒在粉床顶部刷上一层新的粉末并将打印台降低 1 毫米。用粉末代替液体材料进行打印有其优势：一个用粉末打印出来的物体不太可能在打印过程中倒塌，因为未熔化的粉末可作为其内部支撑。在一些情况下，未使用的松散粉末可回收再利用。由于大部分原材料都可制成粉末形式，比如尼龙、钢、青铜和钛，因此粉末材料应用范围更广。 就缺点而言，使用 LS 打印机制造的物体表面往往不光滑、多孔。目前 LS 打印机还不能同时打印不同类型的粉末，不适合家庭或办公室使用。由于某些粉末若处理不当会引发爆炸，所以 LS 打印机必须使用氮气填充密封腔。 LS 打印是高温过程，刚刚打印完的物体不能立刻从机器中取出。视打印层的尺寸和厚度的不同，大型物体可能需要一天的冷却时间。 7. 3DP （三维打印）使用一种称作“三维打印”的工艺，其通过打印头将黏合剂或某种胶挤到原材料粉末中。 3DP 是在 20 世纪 80 年代由麻省理工学院的学生保罗·威廉姆斯和他的导师伊莱·萨克斯教授发明的。 那时，商业类增材制造系统使用激光或有毒的打印材料，而且整个系统体积有小卡车大小。早期的增材制造机器操作复杂且价格昂贵。由于 3DP 是个受欢迎的替代品，因此麻省理工学院在后来将 3DP 的相关技术申请了专利并授权给了几家公司（这些技术后来成为世界上很多商业类 3D 打印机的基础）。 8. 3DP 的突破性在于它的简单。保罗·威廉姆斯对于 3DP 的愿景相当大胆，特别是在当时那种技术现状下。保罗在他的硕士论文中写道：“台式机生产的目标是只需要按一下按钮就可以制造零部件，而无须其他操作。”他设想作为台式制造系统的 3DP 将是精确、快速、廉价和易于使用的。 今天， 3DP 已经实现了其创始人的愿望，成为一种流行的、成本低廉的 3D 打印方法。由于 3DP 打印机通过在原材料内挤入胶水生成层，所以并不需要激光，而且有很多原材料可以使用。 3DP 打印机不需要高功率的组件，因此其操作的能源效率高。不利的一面是它不用激光，从而很难制造出很薄的层，制造出的物体往往表面粗糙。 3DP 突出的优势之一就是可以彩色打印。当胶水沉积时，一些附加的彩色墨水也会被喷入，可制造出全彩色三维模型。 3DP 可使用粉末状材料，从可生产出砂岩状纹理的淀粉状材料到需要在火炉中硬化的粉状陶土，都可以作为 3DP 的打印材料，还有一些 3DP 使用玻璃粉末、骨骼粉末、轮胎碎片甚至是锯末。有的打印机还使用青铜等金属粉末，胶合的青铜需要放入熔炉烧结成固体。

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3D打印：从想象到现实（摘抄一）

热度 2 zywsict 2015-11-25 17:47

《 3D 打印：从想象到现实 》由Hod Lipson 和Melba Kurman所著。 1. 3D （ Three Dimensions ）打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术，它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透，将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。 2. 3D 打印过程如下： 3D 打印机在设计文件指令的导引下，先喷出固体粉末或熔融的液态材料，使其固化为一个特殊的平面薄层。第一层固化后， 3D 打印机打印头返回，在第一层外部形成另一薄层。第二层固化后，打印头再次返回，并在第二层外部形成另一薄层。如此往复，最终薄层累积成为三维物体。 3. 3D 打印机不像传统制造机器那样通过切割或模具塑造制造物品。通过层层堆积形成实体物品的方法从物理的角度扩大了数字概念的范围。对于要求具有精确的内部凹陷或互锁部分的形状设计， 3D 打印机是首选的加工设备，它可以将这样的设计在实体世界中实现。 4. 虚拟世界和实体世界的融合将是一个缓慢而微妙的过程，这一过程具有阶段性。首先，我们要获取实体物品的形状；其次，我们上升到新阶段，控制其材料组成；最后，我们要控制实体物品的行为。 5. 大规模生产具有高效优势，能够增加企业利润、降低消费价格，然而规模经济也对产品的多样化和定制化产生了负面影响。相反，工匠能轻松生产多样化和定制的产品，但是产出量比较小。 3D 打印技术提供了一条融大规模生产和手工生产于一体的新途径。 6. 沃勒斯的市场数据表明：美国的 3D 打印机大概占全球总量的 40% ；德国和日本的公司也在积极探索和使用 3D 打印机， 3D 打印机数量均占全球总量的 10% ；在中国，要发现可靠的能够证明中国在使用 3D 打印机的数据是很困难的事情。根据沃勒斯的数据，尽管中国在大规模生产方面占主导地位，但 3D 打印机数量仅占全球总量的 8.5% 。 7. 3D 系统公司的总部位于美国，它是销售 3D 打印机最大、历史最悠久的公司之一，可谓 3D 打印产业的“ IBM （国际商业机器公司）”。 3D 系统公司从 20 世纪 80 年代开始销售高端 3D 打印机，公司的商业战略基于两个目标：第一是制造和销售强大的、高端的工业用 3D 打印机；第二是履行公司的承诺，通过建立全球端到端的平台帮助人们实现将设计理念转变为实物的想法，即提供“ 3D 打印内容的解决方案”。 3D 系统公司投巨资于这样一个信念：人们将涌向很容易将数字内容转变为实物的第一个产品。 8. 由 3D 打印技术和新型设计技术推动的未来商业模式之一将是云制造。云制造是一种替代大规模生产的方案，由小规模、分布式节点组成。 9. 创客运动的一个伟大之处在于，利润并不是核心动机。创客可以凭兴趣行事，可以承担创新的风险，因为他们不必对庞大的供应链、数千名员工和愤怒的股东等负责，也无须承担专业的设计师和制造商必须承担的巨大责任。创客运动的核心精神是社区、创造力、社会变革和解决问题。 10. 约瑟夫·派恩和詹姆斯·吉尔摩在他们的著作《体验经济》（ The Experience Economy ）一书中预言，未来公司的竞争优势将越来越依赖客户的体验度。派恩和吉尔摩在书中提到，经济历经了多个发展阶段，从最初的农业经济发展到工业经济，再到今天的服务经济。 11. 3D 打印的正式名称为“增材制造”，这非常恰当地描述了 3D 打印机的工作原理。“增材”是指 3D 打印通过将原材料沉积或黏合为材料层以构成三维实体的打印方法，“制造”是指 3D 打印机通过某些可测量、可重复、系统性的过程制造材料层。 12. Polyjet 打印机是选择性沉积打印机中最年轻的成员，它由以色列一家名为“ Objet Geometries ”的公司（ 2012 年与 Stratasys 公司合并）开发。 Polyjet 打印机借用了 3D 打印家族两个主要分支的技术，其打印头将液态光敏聚合物喷射为很薄的层，再通过 UV （紫外线）光将其固化。 13. Polyjet 打印机的精确度高，因此十分适合应用于注重高分辨率形状和快速打印的工业或医疗行业。 Polyjet 打印机可同时使用多个打印头，因此可以在一个单独的打印作业中使用多种材料。 Polyjet 打印机的主要缺点在于其所使用的打印材料的固有局限性，它使用的是一种被称作“光敏聚合物”的塑料。光敏聚合物是一种能对 UV 光产生反应的、高度专业化的昂贵塑料。塑料是最耐用的制造材料之一，但大部分光敏聚合物仍十分脆弱易碎，这限制了其应用范围。

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3D打印的优势

热度 6 zywsict 2015-11-24 18:02

优势 1 ：制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对 3D 打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式，并改变我们计算制造成本的方式。 优势 2 ：产品多样化不增加成本。一台 3D 打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少，做出的形状种类有限。 3D 打印省去了培训机械师或购置新设备的成本，一台 3D 打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。 优势 3 ：无须组装。 3D 打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人（甚至跨洲）组装。产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。 3D 打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链，不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短，污染也越少。 优势 4 ：零时间交付。 3D 打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用 3D 打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。 优势 5 ：设计空间无限。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。 3D 打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。 优势 6 ：零技能制造。传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能。批量生产和计算机控制的制造机器降低了对技能的要求，然而传统的制造机器仍然需要熟练的专业人员进行机器调整和校准。 3D 打印机从设计文件里获得各种指示，做同样复杂的物品， 3D 打印机所需要的操作技能比注塑机少。非技能制造开辟了新的商业模式，并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。 优势 7 ：不占空间、便携制造。就单位生产空间而言，与传统制造机器相比， 3D 打印机的制造能力更强。例如，注塑机只能制造比自身小很多的物品，与此相反， 3D 打印机可以制造和其打印台一样大的物品。 3D 打印机调试好后，打印设备可以自由移动，打印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得 3D 打印机适合家用或办公使用，因为它们所需的物理空间小。 优势 8 ：减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比， 3D 打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人， 90% 的金属原材料被丢弃在工厂车间里。 3D 打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。 优势 9 ：材料无限组合。对当今的制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料 3D 打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。 优势 10 ：精确的实体复制。数字音乐文件可以被无休止地复制，音频质量并不会下降。未来， 3D 打印将数字精度扩展到实体世界。扫描技术和 3D 打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率，我们可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的副本或优化原件。 以上内容摘自《 3D 打印：从想象到现实 》

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[转载]英3D打印无人机成功试飞 拼装无需工具

alaclp 2015-11-8 23:52

【 科技 讯】10月30日消息，近日，英国皇家海军成功在海上试飞了一架3D打印的无人机，这意味着未来的无人机生产将越来越便宜，制造越来越简便。 　　据悉，这架3D打印无人机重约3公斤，翼幅1.5米长。这架飞机从一艘海军军舰上起飞后，按照预先设定的程序顺利飞行了5分钟，然后被遥控操作，安全降落到多塞郡上的切瑟尔海滩上。 　　另外，这架3D技术打印出的无人机，由四个部分拼接而成，利用了激光烧结技术(laser sintering)，拼接过程不需要任何工具。 来源：http://www.kejixun.com/article/201510/132351.html

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[转载]新西兰DIY厂制造 3D打印出世界最小电锯

alaclp 2015-11-8 23:45

【 科技 讯】11月3日消息，随着技术的发展，迷你化正是大趋势。有一样东西曾经个头笨重，但现在居然也变得如此之小—— 来见识一下世界上最小的圆锯。 　　新西兰的DIY大神Lance Abernethy不知道是不是热爱木工活，不久前他制造了世界上最小的电钻，现在世界上最小的圆锯也在他的手上诞生了。尽管这玩意儿可能并不实用，但这又有什么要紧呢? 　　最让人印象深刻的是，这圆锯可不仅仅是摆着给人看而已，它是真正能开动的。这是真正的电动圆锯，只不过个头很小而已。用传统的手法，制造这样的小锯子曾经很困难，但用3D打印技术的话，就能很轻易地将4个主要部件打印出来，然后直接组装。 　　毕竟是小型电锯，它的运转只需要一枚助听器电池，按一个键就能开始转动。 　　别以为大神只是在玩而已，Abernethy表示他计划继续改进这个小圆锯，让它以后真的能够切锯木材。 来源：http://www.kejixun.com/article/201511/132953.html

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Wiley 畅销书精选（中英文版对照）

WileyChina 2015-10-27 10:11

Fabricated The New World of 3D Printing Hod Lipson and Melba Kurman Publication Date: Feb 2013 ISBN: 978-1-118-35063-8 中文版：《 3D打印：从想象到现实》 ISBN:978-7-5086-3858-4 中信出版社 • Hod Lipson是康奈尔大学机械航空航天工程以及计算信息科学的副 教授。他负责带领创造性机器实验室 （Creative Machines Lab)。这个 实验室主要聚焦于自动设计，制造以及虚拟和现实机器的改造。 Melba Kurman是一名有着15年以上微软和康奈尔产品开发经验的分析师/撰稿 人。他在新兴的，能带来重大改变的技术领域发表见解，撰写文稿。 • 《3D打印:从想象到现实》向你揭开了3D打印神秘面纱：让传统制造瞬 间过时，规模经济的铁律从此被打破跨越虚拟世界与实体世界的鸿沟， 一场产品制造和设计的革命即将开始，它将颠覆我们的物理世界。一场 产品制造的革命、设计的革命、材料的革命、生物的革命、知识产权的 革命即将由3D打印引爆 。 Trader Vic: Methods of a Wall Street Master + Trader Vic II: Principles of Professional Speculation Victor Sperandeo and T. Sullivan Brown Publication Date: Aug 1993 ISBN: 978-0-471-30497-5 中文版：《 专业投机原理》 ISBN: 978-7-111-23292-6 机械工业出版社 • Victor Sperandeo 是一名具有24年经验的交易员和资产管理人，被誉为华尔街的常胜将军，最有天赋的投资管理人。 • 本书系统地反映了世界上最伟大的交易员维克托的投机哲学。因此，除了通常的市场知识外，书中还包含大量的心理学、经济学、政治学方面的知识，大大开阔了读者学习投机知识的视野。 • 本书自出版以来，已经使无数股民获益，无论他们是散户、交易员，还是投机者、投资者。这本书也借此荣列“年度最佳商业图书”、“十佳专业理财书”、“必读的投资学经典”、“100本最有影响力的书”…… Business Model Generation: A Handbook for Visionaries, Game Changers, and Challeng ers Alexander Osterwalder and Yves Pigneur Publication Dat e: July 2010 ISBN: 978-0-470-8764 1-1 中文 版：《商业模式新生代 》 ISBN: 978-7-111-35221-1 机械工业出版社 •Alexander Osterwalder是一名演讲人，讲座主讲人和战略咨询师，为全球各大洲20个国家的多个组织服务。除在讲演领域的投入外，还专注于商业模式发展和创新领域的执行力培训。Yves Pigneur，哲学博士，商学教授，瑞士洛桑大学信息系统研究院院长，还是数个国际组织的主席(IFIP,ISDSS, AIM)。他的研究发表在了50多本著作，同行评审期刊和论文集上。 •本书是一本实用，启发性的工具书，将会告诉你当下领先公司正在使用的强大而实用的创新技巧。你将会学会如何系统地理解，设计，和实施一个全新的商业模式，或是分析和更新旧的商业模式。 The Leadership Challenge: How to MakeExtraordinary Things Happen in Organizations,5th Edition James M. Kouzes, Orinda, CALIFORNIA and Barry Z. Posner, Berkeley, CALIFORNIA Publication Date: Aug 2012 ISBN: 978-0-470-65172-8 中文版：《领导力：如何在组织中成就卓越（第5版）》 ISBN: 978-7-121-19070-4 电子工业出版社 • James Kouzes和Barry Posner是畅销书《领导力挑战》的作者。James Kouzes是圣克拉拉大学列维商学院的院长执行领导力教授，是美国一名顶尖的行政管理教育者。Barry Posner是圣克拉拉大学列维商学院领导力教授，在1996-2009这12年间担任该院院长。 • 本书是领导力领域全球销量突破200万册的经典权威著作。出版30年来，经历了由畅销书向长销书的转变，已被翻译成20种语言。 • 经过30年的研究和对几千个领导者案例的分析，作者提炼出了成为卓越领导的五种行为和十个使命，并给出了具体的行动指南。新版中虽然基本的理念不变，但案例、研究数据、阐述等进行了全面更新，体现了作者研究的与时俱进。 The Leadership Pipeline: How to Build the Leadership-Powered Company, Second Edition Ram Charan, Stephen Drotter, Drotter James Noel Publication Date: Jan 2011 ISBN: 978-0-470-89456-9 中文版：《领导梯队：全面打造领导力驱动型公司》 ISBN: 978-7-111-34934-1 机械工业出版社 • Ram Charan是一名咨询顾问，为许多世界顶级的首席执行官和公司董事提供咨询顾问服务。是Drotter人力资源公司(Drotter Human Resources)的首席执行官。Jim Noel是一名独立咨询师和领导力教练，主要帮助公司选择，评估和发展关键领导团队。 • 本书全面深入系统地揭示世界顶级企业的领导力建设体系，涵盖人才理念、战略、政策、制度和流程，为我们提供了一套国际先进的各级领导人才建设的理念和思路。 How an Economy Growsand Why It Crashes Peter D. Schiff and Andrew J. Schiff Publication Date: May 2010 ISBN: 978-0-470-52670-5 中文版：《经济为什么会崩溃：鱼、美元与经济学的故事》 ISBN: 978-7-508-62877-6 中信出版社 • Peter Schiff是一个知名的，受人尊敬的畅销书作者，其写过的两本畅销书为Crash Proof和The Little Book of Bull Moves in Bear Markets。ANDREW J.SCHIFF 是Euro Pacific Capital公司的通讯主管，同时还是公司长期的发言人和撰稿人 • 本书运用插图、幽默口吻以及讲故事的平实手法，将经济学从高不可攀的架子上取下来，对经济给出了创造性的解释。书中原汁插画已经成为了经典。 未完待续。。。

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[转载]开发新式3D打印系统 可打印电子电路

alaclp 2015-10-25 12:26

2014-10-28 05:29:00 作者： 肖医 | 责编：王征 收藏文章 分享到 评论(14) 【 中关村在线3D打印频道 】目前，3D打印材料的局限性一直是制约3D打印技术发展的瓶颈。而开拓更多的可用于3D打印的材料成为亟待解决的问题。3D打印软骨组织、3D打印柔性材料一次次为3D打印提供了可能性，3D打印聚乙烯电池更是使3D打印技术走向另一个可能性。日前，nScrypt和NovaCentrix公司致力于可打印复杂功能行电子器件的研究工作，并获得美国FlexTech Alliance129.1万美元的支持。 打印电子器件 图源：maker8 这个3D打印系统是在柔性、低温、硬质的平面上以增材制造的方式构建电路，该系统包括五个工具头：一个捡取和放置工具头；三个喷射泵头；一个打印头；一个光子固化单元。该系统能够打印、切换、固化材料。 电路 图源：maker8 NovaCentrix公司是印刷电子制造技术的领导者，其最先进的PulseForge光子固化技术可在低温柔性基材如纸张、塑料上，几毫秒内烘干、烧结、退火功能性油墨。nScrypt也是一家高科技公司，专注于使用微喷射技术将多种材料用于电子封装和3D打印。 该系统将成为首个可商用的能构建单一功能的电子设备的增材制造系统，让工程师和设计师获得随时3D打印电子组件以及诸如天线设备、触摸传感器，或手机用电路的能力。 标签： 3D打印机 来源：http://oa.zol.com.cn/486/4867878.html

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3D 打印会颠覆传统制造吗？

热度 22 wangzhi1990 2015-6-29 13:01

几年前我还在读本科的时候，知道了 3D 打印，我还记得那个时候让我对这个技术印象深刻的一句话——“没有打不出，只有想不到”。 是啊，多么吸引人的技术啊，多么自然而巧妙的想法啊，机械制造专业的我开始对专业课上的一些东西开始不屑，干嘛要学这些马上就要被淘汰的东西呢？就像 CAD 取代手工制图，Pro/Engineer, SolidWorks 之类的 3D 建模软件又逐步取代二维 CAD 绘图一样，我也幻想着日后机械制造可以告别沙尘漫天、机器轰鸣、铁水钢包、机床电钻……日后的制造将只需要人们在计算机前拖动鼠标绘制三维模型，然后优雅地点击“打印”，剩下的就是机器的事了。这也难怪，明明已经是 Intel i7 的时代了，课堂上讲的还是 8086 架构的 CPU——那时的我坚信铸锻焊机加工热处理这些看起来低端又原始的东西早晚要被淘汰的。 各种新闻媒体让人们不断地看到新技术的能量：3D 打印造出了枪支，造出了飞机模型，造出了飞机部件，甚至造出了房子！听说以后还可以 3D 打印人体器官，器官移植再不用担心供体来源，也许长命百岁也不再是梦！面对着如此美好的未来，人们坚信，没有打不出，只有想不到。 尽管曾经有过对传统制造技术的不屑，尽管我的专业课成绩并不算高，但几年的科班训练还是让我在面对 3D 打印的时候保持了一定的冷静。我意识到，3D 打印是很好的技术，但要取代传统制造，它还有很长的路要走，或许永远也取代不了。 3D 打印有很多优势，我每次做 presentation 的时候都要讲一遍：它能制造出传统制造方法难以制造或不能制造的复杂结构，增材制造的方式相比于传统的减材制造节省了材料，不需要费时又昂贵的模具，以前需要多道工序制造的产品通过 3D 打印可能一步成形……比如目前的芯片制造工艺包含了曝光 (lithography)、刻蚀 (etching)、氧化 (oxidation)等一系列的工艺环节，而其中的每一个环节又包含了很多小的工艺环节，更麻烦的是，尘埃和微粒是生产芯片过程中的致命敌人，因此整个的生产环节必须在超净间里完成，而维持一个超净的环境成本又很高。一枚芯片往往是多层的，这意味着以上的过程需要被重复很多次，因此，制造芯片是一件耗时又费钱的事。还有，相信我，长时间工作在超净间里绝对不是什么愉快的体验。如果未来人们可以用 3D 打印制造芯片，那么制造周期就将会大大缩短，因为我们不再需要那么多的工艺环节，成本也可以大大地降低，因为我们将只需要一个很小的超净环境。顺便，制造芯片的过程也会愉快很多。当然，现在我们还是做不到的，那么未来我们实现了 3D 打印芯片 Intel 是不是就要倒闭了？也不一定。 3D 打印要面对的第一个问题，是尺寸精度。还是上面的制造芯片的例子，人们现在已经掌握了 14 纳米的硅工艺，那么 3D 打印可以做到多少呢？我找得到的最好的 3D 打印机精度可以到 100 微米（1 微米 = 1000 纳米），Wikipedia 上说更好的可以达到 16 微米，但这显然不够好，即使不同 Intel 的工艺比，对比传统机械加工也完全没有优势，很多小型的机械加工厂对一些产品的尺寸精度要求也可以达到半个丝（1 个丝 = 10 微米）。我 PhD 的研究内容是高精度 3D 打印的控制算法，把材料熔化再堆积成形的 3D 打印是很难达到 10 微米以下的精度的，原因是材料在喷头处形成的液滴直径大概就有 10 微米，用直径 10 微米的液滴来达到 10 微米以下的精度几乎是不可能的。学术界有一些办法来解决这个问题，其中的一种叫做 Electrohydrodynamic-jet Printing，简称 E-jet Printing，它的原理是在喷头和打印平台之间施加一个受控的电场，材料中的电荷受到电场的驱动会在喷头尖端形成锥形 (Taylor Cone)，Taylor Cone 尖端的直径将远小于 10 微米，如果继续施加电压，那么尖端的材料将被沉积到平台上，形成一个小直径的材料液滴，通过这种方式可以实现高精度的 3D 打印。在我们的实验室里，可以实现 1 微米甚至 1 微米以下的精度，但由于打印过程本身的一些特性，我们并不能保证稳定的精度输出，这就是我 PhD 研究要做的工作，通过空间的迭代学习控制算法来试图提高打印的精度。在我研究的经验和所见范围来看，1 微米的精度几乎是目前能达到的最高精度，而从学术界到广泛的商业应用之间往往还有一个过程。因此，仅就芯片制造这一领域来说，短时间内想通过 3D 打印技术来挑战 Intel 是不太可能的，因为硅工艺也在一刻不停地飞速发展着。但是，并不是所有时候人们都需要 14 纳米工艺的芯片的，如果 3D 打印芯片可以成功，那么在集成度不太高的应用场合，3D 打印技术就可以大大地降低成本、缩短周期。 3D 打印要面对的第二个问题， 是材料受限。显然，并不是所有的材料都能够 3D 打印出来，据我所知，目前常见的 3D 打印机是熔化高分子材料后再成形，也有一些 3D 打印机可以打印特定的金属材料。当然这里还有一个 3D 打印的定义问题，学术界一直存在着几个相关的名词，在不同的场合都曾经被叫作过 3D 打印，比如快速成形 (rapid prototyping)，增材制造 (additive manufacturing)，在我的印象中，并不存在一个广泛公认的 3D 打印的定义和范围，学术界内部交流似乎并不常用这个词，但科学家们除了做研究还要“推销”自己的想法 (sell ideas)，所以在传播自己的研究时会常常用到 3D 打印这个名字，而媒体上的 3D 打印包含的范围就更广。在这样的现状下，经常出现一些人说 3D 打印不能做什么，但是另一些人引用媒体的报道来反驳的情形，其实彼此的“3D 打印”并不是同一个定义。最夸张的，我曾经在知乎评论里看到有人说等到人类实现原子级别的 3D 打印的时候，现在的一切问题就都不是问题了吧。唔，至少我个人并不觉得人类实现那种技术的时候，它还会被叫作 3D 打印。 3D 打印要面对和另一个问题，是产品的性能，特别是机械性能，这也是“没有打不出，只有想不到”这句话最大的问题。普通大众对制造的理解往往只是用一种特定的材料实现一个特定的外形，这让 3D 打印看起来很完美。对材料性能的理解，粗浅点的，觉得铁和木头有区别，铁和铁之间区别不大，或是铁合金和铁合金之间的区别在于铁和碳的比例，改变材料的性质只是改变合金中不同成分的比例。在机械制造业内的人看来，这当然不对。记得武侠小说里铸剑要把铁烧得通红然后淬火么？记得某手机发布会上的“奥式体”么？记得化学课上学过的金刚石和石磨都是碳单质么？记得足球烯和碳纳米管么？材料的微观结构对材料的性能影响很大，金属材料中有“金相”的概念，上面提到的“奥氏体”就是一种金相，它表征了晶体的微观结构。我本科毕业后就不再研究材料了，好多东西都记得不是很清楚了，但依然记得对材料的各种冷热处理可以很大程度上改变材料的性能，比如各种热处理，冷作硬化，表面处理等等。我仍然清楚地记得本科金属工艺实习的时候手工做的小锤子，因为没有经过热处理，想要敲钉子但硬度还没有钉子高，后来就只好用来敲核桃。而现有的 3D 打印技术，对材料微观结构的控制极其有限，对材料性能的控制也非常非常有限。新闻中说有人用 3D 打印打印出了手枪，但那只是实现了简易的结构和功能，几乎没有可靠性和耐用性可言。和上面提到的硅工艺类似，传统的材料科学和制造工艺也在一刻不停地发展，3D 打印想要完全取代它们，很难。 这里再多说一点器官 3D 打印。我本科毕业设计就在做生物 3D 打印，当时我的指导老师第一次跟我说要用细胞打印肝脏的时候，我觉得这真是个伟大的想法，感觉自己在做一件酷得不得了的事情。当然，你不能指望一个本科生打印出一整个肝脏来，那打印个人造血管怎么样？唔，要求好像还是高了点，那么打印一个人工血管壁组织吧，一层内皮细胞、一层平滑肌细胞组成的双层组织。打印的材料呢，是干细胞，也就是“万能细胞”，干细胞具有分化成任意细胞的能力。可是把细胞一个一个堆起来它们就会自己长成组织了么？当然不会，所以要把细胞和特定的基质材料混合在一起，在 4 摄氏度的低温环境下打印成形，然后把干细胞培养起来，加入特定的生长因子，向内皮细胞和平滑肌细胞转化。听起来不难，是吧？可是一个学期下来，中间的艰辛真是数不胜数。细胞并不会按照我们的想法生长，有的时候也不会按我们预想的方向分化，搞不好还会全部死掉。当然，最后我的确在我的组织样品里找到了小片的内皮组织和平滑肌组织，但我觉得叫它们细胞团可能更合适。好吧，问题还没完，即使我顺利地得到了内皮组织和平滑肌组织，怎样控制它们按双层的膜结构生长呢？又怎样形成血管呢？如果你看过肝脏的血管网，你会对打印肝脏绝望的……打印像肝脏这样的复杂器官，和打印一个肝脏的模型比起来，只是看起来很美好啊。把不同的材料按三维坐标堆积起来，一个器官的模型就打印好了；可是把不同的细胞按照它们的位置堆积起来，我们并不能得到一个肝脏。3D 打印器官目前也有一些进展，比如打印膀胱和心肌组织，当然，和肝脏比，打印这些器官的难度就低得多了。总地来说，3D 打印器官并不是完全不可行，但这需要基础科学和生物技术的发展。 3D 打印当然是很好的技术，但是技术不是用来迷信的。人类的制造技术发展到今天，没有哪一种制造技术可以单打独斗地解决所有问题，相信 3D 打印也不能。3D 打印和传统制造之间并不是你死我活的关系，没必要非要用一种去取代另一种。3D 打印可以是现有制造技术的一个非常好的补充和完善。同时，3D 打印更大的意义在于让更多的普通人可以更方便地设计和制造自己的产品而无需借助于工厂。建筑设计师们可以快速地打印模型来验证自己的设计，艺术家们可以更自由地创造艺术品，老师们可以更方便地把书本上的东西变成学生们看得见摸得着的模型，孩子们可以 DIY 自己的玩具……3D 打印也许真的可以改变世界，但或许不是以人们之前想象的那种方式。

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[转载]美轮美奂的3D打印灯具

heyongzju 2015-5-27 09:29

国外设计师设计并采用3D打印制造的灯具、灯罩，这些灯具放一个在家里就炫酷的不行了，实在是超赞。

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能够直接打印内部血管网络的新型细胞打印工艺

热度 4 heyongzju 2015-5-21 10:15

能够直接打印内部血管网络的新型细胞打印工艺 摘要： 活性组织内遍布的各类血管是器官保持活性的根本，只有有效的加工出相似的血管网络才有可能实现营养的有效输送，确保3D打印后形成一个真正的活性器官。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室傅建中教授团队经过一年多的研究探索，成功探索出了一种全新的细胞打印工艺，该工艺能在打印组织结构的同时打印出内部的营养输送通道，使得大尺寸器官3D打印成为可能 。本细胞打印方法还可以广泛应用于片上器官、凝胶基微流控芯片、细胞传感器芯片、药物筛选芯片等领域。 在打印的组织中构建血管网络以运输营养一直是细胞打印领域的研究热点，常见的方法是先制造类似血管的流道结构，然后包覆在凝胶结构中，或者是基于牺牲工艺的流道构建技术。但是这些方法需要的工艺过程复杂，无法实现支架结构和流道网络的同时打印，难以在内部构造有效的流道，故无法解决大尺寸打印组织的后续培养问题。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员提出了一种全新的基于中空凝胶纤维融合工艺的细胞打印方法，实现了支架结构和流道网络的同时成形。通过课题组自行研发的三维打印机，利用同轴喷头制造出中空凝胶纤维，通过三维打印平台控制中空凝胶纤维的沉积位置以及控制凝胶反应的交联时序，使中空凝胶纤维融合一起形成具有内置流道的三维结构。课题组通过大量的工艺实验，系统解决了凝胶融合工艺；证实了融合后的凝胶结构强度适合于器官打印要求；并通过后续的细胞培养验证了营养通道的有效性。 本方法源之于偶然发现，课题组有一次在使用同轴喷头进行凝胶纤维挤出实验时无意中发现两条凝胶丝可以融合在一起，并具有一定的强度，随后的多次重复实验表明适当的凝胶交联时序能够复现这一现象。由于凝胶纤维内部中空，便于营养输送，课题组开始尝试基于中空凝胶纤维进行组织打印，经过近一年的实验，从原理、工艺到装备上证实了本方法的可行性。 本方法的优点有： 1 、 利用未完全反应的中空凝胶纤维融合原理，在打印三维生物结构的过程中可以实现支撑结构和内部流道的同时制造； 2 、 形成内部流道的工艺简单，不需要后处理工艺，有利于细胞存活； 3 、 利用溶胶 - 凝胶交联反应的程度来实现中空凝胶纤维线与线和层与层之间的融合。结合中空凝胶纤维的尺寸，通过控制线与线和层与层之间的距离便可以得到融合成一个整体的三维生物结构； 4 、可以快速地制造尺寸较大的组织器官； 5 、打印出的微流道可以作为一块完整的凝胶微流控芯片，进行各种大通量药物筛选等生化应用； 6 、本工艺采用的是 AB 两种材料反应的模式，因而诸如纤维蛋白胶、壳聚糖等各种生物兼容性材料都可以采用本方法加载细胞打印出含流道网络的结构。 图 1 营养通道同时成型的细胞打印工艺原理图 图 2 基于中空凝胶纤维融合机理构建的流道网络结构（电镜图） 图 3 打印出的含营养通道网络的二维及三维凝胶结构 图 4 营养大分子在打印出的流道内可有效渗透 图 5 营养流道的内外径和打印工艺间的关系 图 6 可打印参数区间的确定（各工艺参数对打印过程的影响） 图 7 凝胶融合后强度表征 图 8 打印的含细胞凝胶结构（绿色为活的细胞，红色为死去细胞） 图 9 有无营养通道下细胞的活性对比 目前该成果已在 Elsevier 旗下的 Biomaterials （ IF=8.3 ）期刊发表，题为“ Coaxial nozzle-assisted 3Dbioprinting with built-in microchannels for nutrients delivery ”， DOI ： 10.1016/j.biomaterials.2015.05.031 22 Coaxial nozzle-assisted 3D bioprinting with built-in microchannels for nutrie.pdf 论文第一作者为实验室博士生高庆，通讯作者为贺永 ( yongqin@zju.edu.cn ) ，围绕这个打印工艺及打印平台可以做很多更深层次的探讨，欢迎相关学科老师一起合作深化相关的研究。

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3D打印气管挽救支气管软化症(tracheobronchomalacia)孩子的生命

BJQXKY 2015-5-2 20:29

3D打印气管辅助呼吸，这一装置现在已挽救了三个孩子的生命。 这三个孩子患有一种罕见病—婴幼儿气管支气管软化症(tracheobronchomalacia)，他们的气管易于塌陷，导致窒息。 3D打印的这种人工气管可根据个体情况订制，而且这种埋置物可以伴随孩子的身体生长改变形状。 这种人工3D打印气管装置根据每个病人而特制出来，由生物可吸收材料制成，通过放置在气管外形成一种不完全的环状支撑，从而避免气管的塌陷。截至目前，只有三个孩子使用了这一装置，还不便就此判定这个装置是否对所有类似的病例都成功、适用，不过对于别无选择的患者而言，无疑这就是希望所在。 约2000分之一的孩子有可能患这种罕见疾病，气管发育异常因而易于塌陷，从而阻滞空气入肺导致窒息，严重者无法存活下来。如果有幸活到三岁，则他们的气管已经很强壮，不再有塌陷窒息的风险。 名叫Kaiba Gionfriddo的孩子在三月大的时候接受了这一装置，他那是情况危重，别无选择。现在小Kaiba活泼可爱，非常健康，已经成功长大到三岁。 这种人工气管装置埋置在体内三年后能被吸收消解，现在，Kaiba体内这一装置也正如计划中那样已经呈现消融迹象，不过没关系，小家伙的气管现在已经足够强壮，能够担负起它应负的那份责任了。 Mitigationof tracheobronchomalacia with 3D-printed personalized medical devices inpediatric patients Abstract Three-dimensional(3D) printing offers the potential for rapid customization of medical devices.The advent of 3D-printable biomaterials has created the potential for devicecontrol in the fourth dimension: 3D-printed objects that exhibit a designedshape change under tissue growth and resorption conditions over time.Tracheobronchomalacia (TBM) is a condition of excessive collapse of the airwaysduring respiration that can lead to life-threatening cardiopulmonary arrests.We demonstrate the successful application of 3D printing technology to producea personalized medical device for treatment of TBM, designed to accommodateairway growth while preventing external compression over a predetermined timeperiod before bioresorption. We implanted patient-specific 3D-printed externalairway splints in three infants with severe TBM. At the time of publication,these infants no longer exhibited life-threatening airway disease and haddemonstrated resolution of both pulmonary and extrapulmonary complications oftheir TBM. Long-term data show continued growth of the primary airways. Thisprocess has broad application for medical manufacturing of patient-specific3D-printed devices that adjust to tissue growth through designed mechanical anddegradation behaviors over time. 群晓科苑 http://blog.sina.com.cn/s/blog_7038ff370102vgef.html

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甜蜜的芯片打印-用于三维微流控芯片制造的3D打印机

热度 2 heyongzju 2015-4-6 22:10

甜蜜的芯片打印-用于三维微流控芯片制造的3D打印机 （ Printing 3D microfluidic chips with a 3D sugarprinter, Email: yongqin@zju.edu.cn ） 摘要：三维微流控芯片具有集成度高、流道结构复杂，在流体操控、生物化学分析检测、药物筛选、片上器官等领域有着广泛的应用前景，一向是微流控芯片研究领域的难点。微流控芯片制造中常用的光刻及刻蚀等传统MEMS工艺进行三维微流控芯片的制造工艺繁琐、成本高昂，这也是目前三维微流控芯片报道较少的原因。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员经过两年多的研究探索、成功研发了用于三维微流控芯片制造的3D打印机，并基于打印出的芯片进行了细胞立体培养，展示了该3D打印机在微流控领域的广阔应用前景。 微流控芯片（ microfluidic chips ）及基于微流控芯片的微全分析系统 / 芯片实验室（ Lab on a chip ）及片上器官（ Organ on a chip ）在基于微流体的生化分析、检测、操控、细胞培养、药物筛选等领域有着极其广泛的应用。而具有三维流道结构的 3D 微流控芯片，具有集成度高、可真正实现三维的流动及操控，相比目前常用二维微流控芯片具有更为广泛的应用前景。实现三维微流控芯片的制造业一直是业界的研究热点及研究难点。众多研究人员基于传统的 MEMS 光刻制造工艺，发展了一些三维微流控芯片的制造方法，但制造工艺繁琐、成本高昂，难以真正实用。目前也有使用三维打印机进行微流控芯片制造的报道，但类似光固化类的三维打印机受困于分辨率，使得打印出的流道有诸多局限。如材料的限制，不能使用微流控芯片分析领域常用的、已被大量实验证实可靠的材料，同时微流道表面粗糙，不透明使其进行后续的流体操纵及分析也有很大的局限。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员提出了一种基于熔融牺牲层工艺的三维微流控纸芯片的 3D 打印制造方法 。通过课题组自行研发的三维打印机，将熔化的糖打印出来作为三维流道的牺牲层材料，将液态 PDMS 打印出来作为芯片的主体材料。待 PDMS 固化后，将芯片放到水中溶解掉牺牲层，即可实现三维微流控芯片的制造。其重要优点有 1 、使用微流控芯片中常用的 PDMS 材料作为芯片的主体材料，无毒、透明、透气，可确保其能广泛应用于各种生化分析、片上器官等研究中。 2 、熔融的糖作为牺牲层材料，由于表面张力作用，打印出的结构表面光滑，可实现光滑流道的制造。 3 、糖极易溶于水，便于牺牲层的快速去除。 3D 微流控芯片打印机原理图 打印三维立体网络结构的芯片 糖打印机打印的二维及三维微流控芯片 微流控芯片细胞培养 目前该成果已在 Springer 旗下的 Microfluidics and Nanofluidics 期刊发表，题为“ Printing 3D microfluidic chips with a 3D sugar printer ”。 19 Printing 3D microfluidic chips with a 3D sugar printer.pdf

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3D打印与生物材料是天生一对

热度 1 omige 2015-3-20 09:01

生物材料是3D打印最好的用场，3D打印是生物材料最好的工具。3D打印的优点是可以大规模定制，节省材料，远程驱动。缺点是成本高，而且不适合结构与材料复杂的部件。 生物材料可以最大化地利用起3D打印的优点 1，大规模定制，每个人的身体状况是不一样的，所以植入体内的生物材料也会有不同的需求，3D打印的大规模定制正好可以满足这一点。 2，节省材料。生物材料贵如黄金，材料用的多少对成本影响很大。 3，远程驱动。传统的生物材料都是先在工厂生产好，再送到医院使用。未来的生物材料直接在手术室生产，当场植入进人体，企业负责远程操控。 生物材料也可以很好地规避3D打印的缺点。生物材料本身就很贵，因此可以承受3D打印高昂的成本。生物材料一般是单一材料，结构也不复杂，特别适合用3D打印来制造。

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3D打印能打印钢铁吗？

热度 5 jiangming800403 2015-2-28 17:06

目前主要商品还都是金属特别是钢铁材质的。如果3D打印只是一些特殊材料，那么永远不可能取代现代制造业，或许只可能在开模等方面作为制造业的补充。

个人分类: 经济时评|3503 次阅读|7 个评论

《中国科学：信息科学》出版“3D打印技术及应用”专题

热度 2 sciencepress 2015-2-28 16:40

3D打印(three-dimensional printing) 技术是一种“从无到有”的增材制造方法。其思想起源于19 世纪末美国一项分层构造地貌地形图的专利，并在20 世纪80 年代得以发展与推广。这是一项革命性技术，无需机械加工或者模具，甚至无需在工厂进行操作。英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命，认为该技术将改变未来生产与生活模式，实现社会化制造，每个人都可以成为一个工厂。此外它将改变制造商品的方式，进而改变世界的经济格局，最终改变人类的生活方式。 为报道国内 3D打印领域的最新研究和应用情况，《中国科学：信息科学》2015年第2期出版了“ 3D打印技术及应用 ”专题 Hot! ，包含4篇评述及4篇研究论文，篇目如下： 面向增材制造的正向产品建模技术 传统CAD建模技术因其自身的局限性, 极大地限制了增材制造产品的设计空间。为了最大限度地发挥增材制造的技术优势, 需要在产品设计阶段通过综合产品形状、大小、层次结构以及物质组成实现产品性能的最优化及制造成本的节约化。该文根据增材制造的4 种特性, 从复杂形状建模、复杂材料建模、复杂层次建模以及面向制造的建模等4 个方面论述了国内外对于面向增材制造的正向产品建模技术的研究概况。在此基础上, 对该领域的发展趋势进行了探讨, 认为综合一体化建模与轻量化建模将成为未来发展方向。 3D打印技术的发展及其软件实现 随着3D打印技术的不断发展, 其已经超越传统单材均质加工技术的限制, 成为可实现多材料、功能梯度材料、多色及真彩色表面纹理贴图制件的直接制造; 可跨越多个尺度(从微观结构到零件级的宏观结构) 直接制造; 并与传统加工工艺结合, 可实现多种兼顾精度和形状复杂度的新型加工方法。该文叙述了国内外上述技术的研究发展概况, 并论述了传统建模技术、3D打印数据交换格式、数据处理软件架构等方面应对3D打印技术最新发展和挑战的对策。 选择性激光烧结3D打印用高分子复合材料 选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS) 是基于粉末床的激光3D打印技术。材料对成形件的精度和物理机械性能起着决定性作用, 其中高分子基粉末是应用最早, 也是目前应用最多、最成功的SLS 材料, 但是SLS 高分子仍存在可用种类少和成形件性能较低等难题。通过添加微/纳米填料或者后处理浸渗等方法制备复合材料, 来提高SLS 成形件的某些性能以及增加SLS 材料种类, 已经成为SLS 领域材料研究的热点和重点。该文将介绍SLS 高分子复合材料的制备方法, 综述国内外的研究现状, 并对其研究趋势进行展望。 基于均匀金属微滴喷射的3D打印技术 均匀金属微滴喷射技术是基于喷墨打印的原理, 于20 世纪90 年代初提出并发展起来的一种3D 打印技术. 它是以均匀金属微滴为基本成型单元, 依据零件形状特征逐点、逐层“堆积” 而实现三维结构的快速打印技术, 具有喷射材料范围广、无约束自由成形和无需昂贵专用设备等优点, 在微小复杂金属件制备、电路打印与电子封装以及结构功能一体化制造等领域具有广泛应用前景。由于金属材料具有熔点高、易氧化、粘性和表面张力大等特点, 与非金属材料喷射沉积有很大差异。该文分析了金属微滴喷射方式及其机理, 概述了此领域国内外研究现状, 并结合笔者研究实践, 阐述了金属微滴喷射沉积需要解决的关键技术及实例, 如微滴喷射装置开发、喷射成型参数优化等, 并对该技术的重点研究方向进行了展望。 功能驱动的超材料结构数字化设计与3D打印 该文提出了一种以功能驱动的超材料结构数字化设计新方法, 以实现电磁波传播方向90°偏折的伊顿(Eaton) 透镜为典型应用目标, 研究了其介电常数理论分布模型的数字化离散方法, 获得了三维90°伊顿透镜介电常数离散化分布工程模型; 通过理论计算建立起超材料单胞结构几何参数(木堆单胞结构柱宽w与单胞尺寸a) 与其等效介电常数之间的映射关系, 从而实现三维90°伊顿透镜的工程模型向结构模型的转化; 以光固化树脂(介电常数为3)、混合液体介质(介电常数从2.2 到40) 为原材料, 采用光固化3D 打印工艺, 实现了液固耦合的三维90°伊顿透镜宏/微结构一体化制造;通过仿真和实验测试表明, 所实现的三维伊顿透镜能够调控入射电磁波的传播方向, 实现入射电磁波的90°偏折, 且在12 18 GHz 频段范围内具有宽频特性。该文所提出的数字化设计方法与3D 打印工艺相结合, 为实现面向电磁波传播调控的新型电磁波器件提供了一种途径。 个性化三维打印仿生骨骼术前诊断模型 目前骨科临床手术利用CT 数字图像诊断病案、规划手术方案及复位策略, 不易在术前进行操作练习, 所选取的内固定骨钉和骨板无法测定力学匹配, 从而难以避免术后应力并发症。术中依赖手术医生的经验和工具反复测量以便准确选取内固定器械, 从而延长了患者创面开放时间, 增加术中静脉血栓甚至动脉血栓并发症几率。尤其对于血管和神经丰富的股骨头更是容易引起术中并发症,甚至致残致死。该文分析了骨骼解剖模型的结构, 研究了骨骼的内部微细结构、术前诊断模型外形轮廓以及力学性能的仿生设计方法, 在此基础上, 通过控制三维打印工艺、粉体材料成分和材料参数, 得到不同力学性能的骨支架, 从而实现了个性化定制的全骨仿生术前诊断模型。利用该模型可有效反映病患骨折和骨缺损真实特点, 并可增加观察视场, 明确骨折和骨缺损的实际情况和病症分型,从而有助于制定固定骨钉和骨板实际操作方案和规划替代骨植入方案, 为术前手术设计、复位模拟、内置物选择、三维数据测量等重要手术环节提供物理操作模型, 可明显改善手术效果, 有效缩短手术时间, 减少术中和术后并发症几率。 大尺寸关节支架的3D打印及应用 人工关节假体的置换与长期植入后的失效问题将造成关节组织不可恢复的损失, 小块可降解骨软骨关节支架具有恢复病变关节的力学环境和诱导新生组织生长的能力, 为大尺寸关节病变缺损修复提供了新的治疗策略. 大面积深层病变软骨关节病变位置的生理结构与力学环境的分析, 以及多材料复合关节支架的仿生制造与手术方案是治疗方案开发的难点。该文提出一种新型多材料关节支架的仿生设计与制造技术和植入方法. 以诱导组织生长为导向, 选择聚乙二醇凝胶(polyethyleneglyco,PEG)、β- 磷酸三钙陶瓷(β-tricalcium phosphate, β-TCP)、聚乳酸(polylactide, PLA) 等生物材料开发新型支架; 以羊膝关节为研究对象, 通过反求工程、有限元分析和3D 打印技术, 利用有限的影像学数据信息, 建立膝关节模型和易病变软骨区域; 基于支架生理结构特征与关节缺损区机械承载能力的映射关系, 建立大块仿生骨软骨支架的结构与稳定性固定结构。实验证明该支架在置换初期较好地恢复了缺损关节的力学环境。所提出的方法和支架有望为大面积骨软骨缺损的修复提供一种新的治疗方案。 FDM三维打印的支撑结构的设计算法 熔融挤压式(FDM) 三维打印是由熔化的塑料丝沉积组成物体模型的过程。熔化的塑料丝由喷嘴喷出并与喷嘴正下方的物体模型融合。然而, 塑料丝只能沉积在已经存在的物体的上表面上。因此, 需要在物体悬空的部位下方添加支撑结构使得物体能够被打印, 否则塑料丝将悬在空中无法沉积, 不能成型。该文设计并实现了一种保证三维物体模型能够打印的支撑结构方法。能够自动寻找支撑点, 并且自动寻找添加支撑结构杆。此外, 还调整了支撑杆的具体结构以增加稳定性以及易于剥除性。相比一般切片引擎如Cura, MeshMixer 的处理方法, 文中提出的算法能够在确保可打印性的前提下, 有效减少三维打印的材料和时间消耗。 欢迎到《中国科学：信息科学》主页免费下载阅读全文~ 了解最新科研进展，请关注《中国科学》杂志社公众微信 搜索： scichina1950 或 中国科学杂志社

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[转载]中国首款3D打印定制巧克力面世

jxz1963 2015-2-10 11:29

“ 科学能解释一切，除了爱情 ” 。这是爱因斯坦说的，没错，爱情如此神秘美好，刻画它都是奢望，何况解释。但是，科学能帮助你以一种不落俗套的方式传达柔情蜜意。 2 月 7 日， 中国 首家 3D 打印定制巧克力生产企业 —— 欧拉的玫瑰，在北京正式推出情人节私人定制产品。用户只需提供照片或图案，提出希望添加的元素、绘图风格和一句动人的话语，设计师们就能绘制出精美图画，再由 3D 打印机制作成一块独具匠心的巧克力。 把刻骨铭心的幸福瞬间化为唇齿间丝滑醇美的感受，这个美妙的创意源自八九个从英国剑桥大学回国的工科生的心愿：用冷冰冰的机器制作出有温度的产品、用理性的思路做感性的事。据欧拉的玫瑰 CEO 曾冠维介绍，工业化生产的巧克力大同小异，但传统的私人定制需要开模，造价非常昂贵， 3D 打印技术是让巧克力定制化走进日常生活的惟一手段。目前世界范围内约有 14 个企业涉及巧克力 3D 打印机的研发，绝大部分都在欧美国家，欧拉的玫瑰团队历时 15 个月自主研发的巧克力 3D 打印机无论在打印精度、机器整体性能，还是成本方面，都有绝对优势。 此次欧拉的玫瑰推出的私人定制巧克力大小与 Ipad mini 的屏幕尺寸相同，厚度约为 8 毫米。较之手工制作的巧克力，线条更为精致，人物栩栩如生。 为欧拉的玫瑰巧克力调制口味的是 中国 最早研究巧克力的专家季顺英。产品严选纯奶和可可豆，力求保证巧克力醇香。包装选择了为 Burberry 等世界奢侈品牌提供纸品的英国皇家纸商，从英国空运而来 Cocoa Shell 系列纸品，取自可可豆植物纤维，零染色剂、零污染，在 2014 年世界奢侈品包装展上曾获 “ 年度绿色包装大奖 ” 。 据曾冠维透露，团队目前已帮助许多客户求婚、表白成功。除个人消费这一市场外，欧拉的玫瑰未来将会逐步拓展婚礼及企业客户消费市场。 作者：刘艳芳 来源：中国食品报 2015-02-10 第一版

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神奇的3D生物打印技术

热度 1 sciencepress 2015-1-16 09:47

近年来，3D打印持续受到全球媒体和社会公众的关注。作为一项前沿制造技术，3D生物打印 正逐渐 应用于生物医疗领域。人们在惊叹于这一技术的神奇的同时，也寄希望于它给人类生物医疗的发展带来更加光明的前景。 3D生物打印成为3D打印的前沿领域 3D 生物打印即以计算机三维模型为基础, 通过软件分层离散和数控成型的方 法,定位装配生物材料或活细胞, 制造医疗辅具、人工植入支架、组织器官等生物医学产品的3D 打印技术, 3D 生物打印是目前3D 打印技术研究最前沿的领域。Lux Research 预测, 随着3D 扫描技术、打印机和材料价格下降, 3D 生物打印会被医疗行业迅速采用。这一市场在2012 年仅价值1100 万美元并仍处于萌芽期, 预计2025年将增长到19 亿美元。3D 生物打印发展空间巨大源于三方面的原因: 一是全球医疗领域的开支巨大, 为3D 打印技术提供了潜在的发展空间; 二是3D 打印技术因其快捷、准确, 加之其个性化制造能力与患者需求差异性的充分结合, 在人工假体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应; 三是相对其他领域来说, 3D 打印在医疗行业的应用更具有经济性(图 1 )。 对于3D 生物打印技术, 欧美国家依旧是走在前列, 已有大量的学术机构、企业参与进来, 获得了丰硕的成果, 并且3D 打印在临床上也有成功的案例。美国圣地亚哥的一家名为Organovo 的公司, 是使用3D 打印技术应用于再生医学的先驱者。该公司使用名为“生物打印机” 的3D 打印机, 为医学研究和再生治疗打印功能性人体组织。从应用领域来看, 3D 打印在医学界的最直接应用是构建各式各样器官或组织的3D 模型。2013 年4 月26 日, Organovo 公司已经利用这一技术打印出深度为0． 5 毫米、宽度为4 毫米的微型肝脏, 使人造器官有了新的可能性, 将解决移植器官不足的全球性难题。除器官外, 3D 生物打印的产品还包括假肢、牙冠、隐形眼镜、助听器、组织工程支架和植入物, 以及3D 细胞打印。 图 1 　3D 生物打印的市场需求 数据来源: Lux Research, 2013, 《2025 年3D 打印市场发展形势预测分析》 中国3D 生物打印尚处培育阶段 国内3D 打印技术起步晚, 但是自3D 概念一出, 立即受到了热捧, 3D 打印技术近年来在国内日趋升温。但是与美国、德国等发达国家相比, 中国的3D 打印产业仍处于起步阶段, 国内3D 打印应用仍主要停留在科研阶段, 并未实现在工业及个人消费领域大规模推广。 1． 中国3D 打印进步显著 中国3D 打印技术及设备开发已取得较大进展。我国3D 打印技术, 过去称为快速成型技术的研究始于1991 年。近几年来, 我国3D 打印技术飞速发展, 已研制出与国外立体光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔积成型(FDM) 等工艺方法相似的设备, 并逐步实现了商品化, 其性能达到了国际水平。我国3D 打印技术应用初见成效。目前, 我国3D 打印技术主要应用于产品设计、快速模具制造、铸造、医学等领域。 2． 政策引导促进3D 打印产业化 对于正处于培育推广阶段的中国3D 产业而言, 政府的重视与政策扶持显得尤为重要。目前国内已有多省市成立了地方3D 打印产业联盟, 并在相关政策中提及要重点发展3D 产业。2014 年6 月, 《国家增材制造发展推进计划(2014—2020 年) 》(征求意见稿) ( “增材制造” 俗称“3D 打印” ) 已初步制订完成, 年内将会出台。该推进计划对3D 打印的发展目标、政策保障及未来发展方向做出了明确阐述, 为我国3D 产业的发展明确了方向, 政策引导有望加速3D 技术的产业化进程。 3． 中国3D 生物打印的机遇与挑战 中国作为全球制造业大国, 如何加快掌握3D 打印技术以提升制造业竞争力, 当前所面临的机遇与挑战并存。 (1) 机遇 政策支持力度将不断加大。 “十二五” 时期是我国转变经济发展方式、促进工 业转型升级、实现“信息化与工业化深度融合” 的关键时期, 智能制造装备是国家重点支持发展的战略性新兴产业。3D 打印技术作为制造史上的巨大突破, 对促进工业转型升级、实现“两化深度融合” 具有重要意义; 3D 打印设备则是智能制造装备的重要组成部分。因此, 国家对3D 打印产业的政策支持力度必将不断加大。 亚洲制造业协会推动组建产业联盟, 中国3D 打印技术迎来新一轮发展契机。 亚 洲制造业协会首先在国内推动3D 打印技术的发展。在国家工信部的大力支持下, 2012 年10 月15 日协会联合北京航空航天大学、华中科技大学、武汉滨湖机电、华曙高科、南京紫金立德等国内主要科研机构及领先企业在北京发起建立中国3D 打印技术产业联盟。利用亚洲制造业协会的会员网络、政府资源和企业交流平台, 中国3D 打印技术产业联盟未来将在搭建国内外3D 打印技术科研机构和企业交流平台, 加强与国家工信部、科技部等部委的对接, 推动3D 打印技术上升为国家战略,促进中国3D 打印技术及应用产业的发展等方面发挥巨大作用。在产业联盟的推动作用下, 中国3D 打印技术无疑将迎来新一轮发展契机。 (2) 挑战 总的说来, 与发达国家相比, 我国3D 打印技术的研究和应用尚存在一定的差距,主要表现在以下几方面。 3D 打印技术本身发展不够成熟。 该领域研究队伍比较薄弱, 资金投入有限, 设备尚未完全达到商品化, 成型材料急需国产化, 与3D 打印技术配套的后续技术尚不完备。 3D 打印技术未能有效地在企业中得到应用。 企业界对3D 打印技术重要性认识不足, 缺乏企业的有力支持, 目前投入的研发资金几乎都是由国家承担, 企业没有发挥其主导作用。对于已引进3D 打印技术设备的企业, 也未能充分发挥其作用。由于目前的3D 打印技术设备价格太昂贵, 因此广大中小型企业很少能得到3D打印技术服务。 没有建立发展3D 打印技术的统一协调管理体系。 目前存在相当多的“低水平重复” 现象, 使得有限的投入未能发挥更好的作用。尤其是在学、产、研结合方面力度不够, 影响科研成果的商品化, 直至产业化。 本文由赵静荣摘编自 科学技术部社会发展科技司、中国生物技术发展中心 编著《 2014中国生物技术与产业发展报告 》。 《 2014中国生物技术与产业发展报告 》介绍了2013年我国生命科学基础研究、生物技术应用开发 与 产业发展的 主要进展 情况，阐述了干细胞与再生医学、 神经科学、 合成生物学等 前沿 热点 学科的国际发展态势， 对2013年的生命科学论文和生物技术专利情况进行了统计分析。《 2014中国生物技术与产业发展报告 》分为总论、基础研究、热点前沿、应用研究、生物产业、产业 前瞻、 投融资 、 文献专利8 个 章 节 ，以 详实的 数据、丰富的图表和充实的 内容 ，全面展示了我国生物技术与产业发展的基本情况。 敬请关注科学出版社，搜索微信ID： sciencepress-cspm 或“ 科学出版社 ”公众号 转载本文务请在文前明显位置注明： 本文转载自由科学出版社出版， 科学技术部社会发展科技司、中国生物技术发展中心 编著《 2014中国生物技术与产业发展报告 》 一书 。

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数控加工中的新型参数曲线插补算法

热度 1 heyongzju 2014-12-15 23:52

数控加工中的新型 参数曲线插补算法 参数曲线插补不仅在传统数控加工中使用广泛，在三维打印中也有较高的加工效率以及精度控制需求，包括诸如生物组织等由曲线曲面构成的三维实体的打印都是由参数曲线的插补完成加工。参数曲线的插补一般由两个步骤逐步实现：粗插补和精插补。其中粗插补是在上位机中实现，主要完成加工代码的解释以及从加工精度和动力学特性的角度来完成进给速度的规划；而精插补是在下位控制器中完成动力学参数的进一步细分和驱动器指令的发送。这两个步骤对曲线曲面加工的最终精度都会产生较大的影响。现在的大部分研究主要集中在粗插补过程中进给速度的优化，而忽略了精插补中控制指令的准确发送。同时，在粗插补过程中需要一个快速有效的前瞻算法确定进给速度曲线，因此对于前瞻算法的优化一直都是该领域研究的热点。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备实验室博士生金育安，根据实验室前期对传统数控系统研究的基础上，提出并实现了一种基于改进精插补的参数曲线插补算法，该算法充分发挥了精插补过程中硬件运算实时性与快速性的优势，对粗插补得到的进给速度曲线进一步细分的结果进行加工误差和动力学特性分析，使精插补过程中加工误差最小化，并且使进给速度曲线更加平滑。同时，在粗插补过程中采用了一种新型的前瞻算法，该前瞻算法具有实时性好、鲁棒性高的特点，其主要特征是在插补过程中根据当前的进给速度确定前瞻路径长度，在搜索到危险区域之后通过反算确定减速点的位置。该算法可以提高参数曲线插补的插补精度和加工过程的平稳性。 该成果已发表在计算机辅助设计领域顶级期刊 Computer Aided Design （CAD杂志的每篇论文通常需要四名审稿专家的2到3轮的审稿，以发表难度大而著称）。题目名为：“ A fine-interpolation-based parametricinterpolation method with a novel real-time look-ahead algorithm ”。 11 A fine-interpolation-based parametric interpolation method with a novel real-.pdf

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基于微滴喷射的打印过程误差建模与补偿

heyongzju 2014-12-15 11:48

基于微滴喷射的打印过程误差建模与补偿 摘要：基于微滴喷射的3D打印（增材制造）技术是增材制造发展的重要方向之一，成型精度与效率是微滴喷射控制技术的主要目标，基于喷墨打印技术的3D打印目前在细胞打印等器官制造中有着极其广泛的应用。目前大部分的研究都集中在通过分析液滴与基材的撞击过程、产生高精度液滴等技术等来提高微滴喷射的加工精度。其实，喷头与基板的相对运动会产生微滴漂浮误差，从而导致加工过程中微滴偏离目标位置。该误差是所有微滴喷射技术中都无法避免的，当喷头与基材相对运动速度较慢时，该误差可以忽略不计，但随着加工效率要求的提高，该误差给加工质量带来的影响就无法忽视了。本研究从运动控制与路径规划的角度解决该问题，在加工过程中，通过对加工路径的预读取和误差判断，根据建立的误差模型对路径进行修改并产生修正路径和修正速度曲线，对上述误差进行补偿，提高微滴喷射的控制精度，从而获取满意的产品质量。 微滴喷射技术通过在喷头内部以换能器产生体积变化在腔体内产生压力波，压力波传到喷嘴变为流体速度从而使低粘度材料溶液从喷嘴喷出，在生物支架，细胞打印等多个领域得到广发应用。典型的微滴喷射架构如图 1 所示。通过喷头与基板的相对运动，喷头腔体内的液滴与容器中的液体之间的化学反应产生颗粒从而实现的层层打印。在喷头与基板之间的相对运动过程中，液滴会产生偏离误差，该误差的示意图如图 2 所示。本研究则从运动控制及路径规划的角度补偿该误差。 图 1 典型的微滴喷射装置架构示意图 图 2 液滴漂浮误差示意图 首先对微滴喷射过程中的液滴漂浮误差进数学行建模，计算出在一定高度与喷头速度下的误差。根据两相邻液滴之间的距离（公式 1 与图 3 ）以及期望的相邻液滴重合率得到误差值。根据加工过程中的具体情况，由于液滴的漂移会可能产生三种误差：分别是加减速过程中，拐角处以及曲线路径。加减速过程的误差如图 4 所示。拐角处的误差如公式 2 以及图 5 所示，圆弧的误差如公式 3 与图 6 所示。 图 3 相邻液滴距离示意图 图 4 加减速过程中的液滴漂浮误差 图 5 拐角处液滴漂浮误差 图 6 曲线路径液滴漂浮误差 根据建立的误差模型，通过修改加工路径方法从运动控制的角度对该误差进行补偿，具体补偿算法如图 7 所示 图 7 误差补偿控制流程图 通过对细胞打印中的凝胶液滴漂浮误差进行补偿之后，加工案例如图 8 所示，可以看出加工质量得到了改善。 图 8 补偿算法使用案例 目前该成果已在 International Journal of Advanced ManufacturingTechnology 期刊发表，题目为 “ Droplet deviation modeling andcompensation scheme of inkjet printing ” 。 12 Droplet deviation modeling and compensation scheme of inkjet printing.pdf

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3D打印路径优化

热度 3 heyongzju 2014-12-13 11:59

3D 打印路径优化 摘要：3D打印（增材制造）过程的一个特点就是加工时间长，打印效率低，普通件都需要打印8-12小时。针对3D打印中加工效率低下，产品质量不高的问题，本项研究从打印路径优化的角度，提出了一种路径优化生成算法。该算法首先根据加工环境选择以填充效率或者加工质量为目标函数确定最优路径倾斜角，再对生成的子路径进行多次优化以缩短无效路径长度，最后利用贪婪算法连接所有子路径。该算法可以在保证质量的前提下提高填充效率，具有很强的实用性。此外，该研究还对基于熔融沉积成型成型中的过填充与欠填充问题进行改善，通过采用自适应间距路径避免恒定间距路径填充过程中出现的质量问题，进一步提高了加工质量。 3D 打印可以从数字模型直接制造出产品，在缩短产品开发周期的同时也可完成一些由传统加工无法胜任的产品制造，近年来在多个领域得到广泛应用。目前 3D 打印仍多用于一些体积不大并且对精度质量要求不高的行业，主要原因就是加工效率与质量方面仍然无法达到工业级要求。研究人员正在从多个角度试图改善增材制造的效率与质量问题，包括加工材料的选择、制造装备的提升、制造产品模型的优化等。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员从路径优化的角度对 3D 打印过程中的效率和质量问题进行研究。该方法首先建立一个加工效率与加工质量评价模型，对各层的填充路径倾斜角进行优化以在效率与质量之间进行权衡；然后根据填充轮廓的特点对填充区域进行分区，分区算法以缩短无效路径长度为目标进行优化；对子路径采用多次优算法进一步减少无效路径数目；最后采用贪婪算法对所有子路径进行衔接获得最终路径。该算法具有较强的通用性，可以在保证加工质量的基础上较大程度提高填充效率。此外，在充分考虑熔融沉积成型（ FDM ）技术工艺特点的基础上，提出一种自适应间距平行扫描填充路径的生成方法，可以有效避免填充过程中出现的过填充与欠填充现象，有利于改善工件成型质量，满足生产需求。 利用该路径优化生成算法生成微流道加工路径示例如下图所示。 图 1 微流道填充路径生成流程示意图 . 该算法采用建立目标函数法获得较优倾斜角，方法如下图所示。 图 2 （ a ）以填充效率为目标函数选择倾斜角；（ b ）以填充质量为目标函数选择倾斜角 该算法以缩短无效路径长度和减少无效路径数目目标进行分区与子路径生成，算法流程示意图如图 3 所示。 图 3 子路径分区与生成算法流程示意图 为避免熔融沉积成型过程中的过填充与欠填充问题，该算法采用自适应间距算法生成子区域路径。生成算法如下图所示。 图 4 自适应间距路径生产路径算法 目前该成果在 Additive Manufacturing 和 International Journal of Advanced Manufacturing Technology 杂志发表，题目分别为 “Optimization of tool-path generationfor material extrusion-based additive manufacturing technology” 和 “ A parallel-based path generation methodfor fused deposition modeling ” 。

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纸基微流控芯片的3D打印制造

热度 4 heyongzju 2014-12-12 08:29

摘要：纸基微流控纸芯片（paper-based microfluidic analytical devices， μ PADs ）是一种新兴的微流控分析技术平台，具有成本低、加工简易、使用和携带方便等优点，在临床诊断、食品质量控制和环境监测等应用领域具有很大的应用前景。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员开发了一种基于3D打印工艺的 μ PADs 快速制造方法，为 μ PADs 广泛应用 提供了可能。 微流控纸芯片（纸基微流控纸芯片， paper-basedmicrofluidic analytical devices ， μ PADs ）采用纸张作为基底替代硅、玻璃、高聚物等材料，这种分析器件被称为纸上微型实验室，也称微流控纸分析器件。由于微流控纸芯片有如此多优越的性能，在临床诊断、食品质量、环境监测等众多领域有着极其广泛的应用。研究人员开发了多种加工手段，包括紫外光刻、蜡印、等离子处理、喷墨打印、喷墨溶剂刻蚀、绘图、柔印和激光光刻等微流控纸芯片的加工技术。但这些技术无法 兼顾成本、速度及精度，难以适应 μ PADs 未来的大批量需求 。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员提出了一种基于立体光固化成型（ SLA ） 3D 打印工艺的微流控纸芯片制作方法，大大降低了纸芯片从设计到制作完成的时间 。该方法首先将滤纸浸入 UV 光敏树脂中使之疏水化；然后紫外光的选择性照射来获得局部固化的滤纸；最后用无水乙醇洗去未固化的 UV 树脂后获得带有亲疏水通道的纸芯片。整个操作步骤简单省时，无需掩膜的制作，大大降低了纸芯片制作的时间和成本，通过满足 μ PADs 微米级别的精度要求 。本方法可直接采用现有的开源 3D 打印机实现 μPADs 的快速低成本制造，和现有制造方法相比， 其最大特点是2min完成制造过程，易于实现大批量低成本的 μ PADs 制造 。 图 1. 基于动态掩膜的微流控纸芯片制作流程 ( 浸润、曝光、清洗 ) 图2 . 基于本方法的复杂流道制作 课题组对纸芯片制作过程中的正面反面紫外曝光时间进行大量的研究，研究结果显示，正面曝光时间在 10-15 秒左右最合适，反面曝光时间在 20-25 秒左右最合适。 图 2. 对正面曝光和反面曝光时间的研究 图 4. 基于本方法制作的微流控芯片用于亚硝酸盐检测 目前该成果已在 The Royal Society of Chemistry 旗下的 RSC Advances 期刊发表，题为“ Rapid fabrication of paper-based microfluidicanalytical devices with desktop stereolithography 3D printer ”。

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基于3D打印的个性化定制假体

热度 2 heyongzju 2014-12-12 02:50

基于 3D 打印的个性化定制假体 摘要：个性化定制假体由于高昂的成本严重限制了其临床应用，浙江大学三维打印课题组基于桌面式3D打印技术开发了超低成本的假体制造技术，为定制假体的大规模临床应用提供了可能。 目前，假体已经广泛应用于人体颌面部损伤的修复中，耳、鼻、眼等假体的应用，能够重塑患者的形象，帮助他们走出伤病的阴影。传统个性化定制假体周期长，价格昂贵，严重制约了其在临床上的应用推广。英国一家公司开发了基于 3D 打印的假体制造技术，由于使用了昂贵的工业级打印机，其制造的成本和传统技术不相上下，单件的假耳或鼻子成本仍需 4000 美元，使得该技术缺乏竞争力。 目前桌面级 3D 打印技术发展已经非常成熟，价格已经和个人电脑不相上下，打印成本也极其低廉。但由于其精度低，表面台阶效应严重，使其应用多局限在教学、发烧友等民用领域，如不能找到工业方面的应用，桌面式 3D 打印技术的发展也将会遭遇瓶颈。 浙江大学机械工程学院傅建中教授带领的三维打印课题组独辟蹊径，提出了一种基于桌面级 3D 打印机的低成本制造假体方法： SPPC (Scanning Printing PolishingCasting) ，大幅降低了假体制造成本，同时也拓展了桌面式 3D 打印技术的应用 。 SPPC 充分利用了 桌面级 3D 打印技术的低成本， 通过抛光技术去除掉打印模具的台阶效应，制造出表面粗糙度 Ra 低于 1μm 的光滑模具，浇铸出具有光洁表面的人工假体，成功解决了个性化定制软假体制作周期长，成本高，难度大的问题，使其成本从 4000 美元 / 件降至 30 美元 / 件。同时由于采用了桌面级 3D 打印机，病人或医生可以在自己的家中或实验室制造个性化假体，这无疑大大降低假体制造门槛，从根本上解决了成本过高束缚了假体在临床上的应用问题。该技术除可在定制假体上广泛应用外，所打印的高表面质量模具也可直接应用于化妆特效、面具及组织工程等个性化定制需求强烈的领域。 图1 . SPPC 方法制造个性化假体的典型流程（扫描、打印、抛光、浇注） 图2 直接浇铸与 SPPC 成型制造的假体效果对比， a 为原始模具， b 为处理后模具， c 为未处理模具浇注效果， d 为抛光后模具浇注效果， e 为最终成品 课题组对打印后制品的抛光效果进行大量的研究，研究结果显示，抛光时间在 10-15 分钟内最合适。不同层高的打印件表面质量随抛光时间的变化的趋势是一致的，但是层高小的打印件更容易得到表面质量更加光洁的表面。 图 3 不同层高的打印件的表面质量随抛光时间的变化 目前该成果已在 Nature 旗下的 Scientific Reports 期刊发表，题为“ Fabrication of low cost soft tissueprostheses with the desktop 3D printer ”。

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以低熔点合金为墨水的液相3D打印方法问世 | 《中国科学》

热度 2 sciencepress 2014-9-25 16:03

传统3D金 属打印的墨水通常是高熔点金属，打印耗时较长，费用较高。 《中国科学：技术科学》英文版2014年第9期封面文章提出了一种液相3D打印方法用以快速制作导电金属器 件—— 最近的一项研究提出了一种液相 3D 金属打印方法，这个方法是对当今 3D 打印技术的观念性革新，具有重要的研究价值。 这篇名为“ 采用低熔点合金墨水快速制备导电金属器件的液相 3D 打印方法 ”的研究论文发表于 《中国科学：技术科学》 英文版 201 4 年第57卷第9期，通过与传统打印方法进行比较说明了液相3D金属打印方法的优势，由中国科学院理化技术研究所刘静教授担任通讯作者撰写。 近年来，低熔点合金在芯片冷却、热界面材料、微流道等方面得到了越来越多研究者的关注，这种材料在直接书写电子和 3D 打印技术上具有显著的研究价值。当前的金属 3D 打印技术主要是采用激光对金属粉末进行烧结成型的办法，一般采用空气冷却的方式，降温凝固速度较慢，打印成本较高。 该研究的创新之处在于 在打印过程中 首次引入了液相环境冷却的手段，如在水、酒精或其他溶液中进行金属成型，同时还提出了新一代金属打印墨水 。 液滴的沉积过程是液相打印方法的核心问题，沉积过程如图 1 所示。当液滴下落到基底上已成型的细柱上时，液滴的热量传递到细柱顶端，顶端熔化并与液滴融为一体，熔融的金属在周围液体环境中迅速冷却成为固体，成型的细柱随之“增高”。 图 1 液滴在无水乙醇冷却流体中的沉积过程（ A→F ） 与传统 3D 打印中的空气冷却方法相比，液相冷却具有降温成型速度快，且能减少或避免空气氧化等优点。液相打印方法突破了传统 3D 打印技术的范畴，也引申出了诸如材料筛选及控制等重要课题。 研究得到了中国科学院重点基金研究项目 ( 批准号 : KGZD-EW-T04-4) 资助。 研究原文： Wang L, Liu J. Liquid phase 3D printing for quicklymanufacturing conductive metal objects with low melting point alloy ink. SCICHINA TECHNOL SC, 2014 Vol. 57 (9): 1721-1728

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创客鲁修——新工业革命时代的一个缩影

热度 4 kexueren07 2014-5-24 21:13

下午，我和南美电子工程师、喜欢捣鼓机器人平台的 Rudi 正聊着 Rudi 作为会员加入并感觉深受其益的创客空间“新车间”的时候，背着个沉重的登山包、有点像斯文版加勒比海盗的 Lucio （中文名鲁修）从我们面前走过。手里正比划着单片机指导中国同伴如何通过灯泡的不同闪烁方式来控制空气净化器风扇速度的 Rudi 立刻指着他对我大喊：“你说的和 David Li 一起搞新车间的外国人，可能是他，不是我。” 巴西人鲁修今年 38 岁，来沪 3 年，到中国来是少年时代曾跟老师学过中国功夫的他的“ childhood dream ”。他大学念法律，后来又念了个 MBA ，在巴西一家业务涉及采矿、伐木、养牛的企业做过 4 年 CEO ，太太是个中国人和巴西人的漂亮混血儿，还有个带着异国情调的可爱女儿。“我什么都有了，但也开始觉得有些无聊，我想应该去实现自己的梦想了。” 鲁修在同济大学创意设计学院的 FABLAB （开放创造实验室）里对我说，他实现第一个梦想的方式是：卖了房子，在欧洲买了条帆船，从欧洲往返巴西旅行了一年。船上有太阳能、风能等各种新技术设施，符合他爱折腾设备的性格。然后，他决定实现自己的第二个梦想：前往中国。 虽然在巴西的时候，他对中国也已有些了解，但真的到了中国，在上海师范大学学了 6 个月中文后，鲁修还是发现：“学中文很难，在中国生活更难。”心情黯淡的时候，他想到了自己的旧爱——机械制造，并通过网络搜索发现了国际上正在风行的 3D 打印。“我中文说得不好，其实和这个发现有关系。这个发现直接中断了我学好中文的可能——因为，我的兴趣已经转移了。”鲁修调侃自嘲地告诉我这段私人历史的同时，特别向我强调：“ 3D 的打印机其实就是一种机器人。” 在巴西的时候，鲁修有一个自己的车间，经常独自在那里做摩托车零部件（他喜欢骑摩托车）、用烤箱熔化铝之类他能想象出来的各种事情。“但那时我不了解世界的趋势和潮流。”当不安分的鲁修在上海感到 boring 的时候，他 GOOGLE 了“ 3D Printer ”，然后找到了在上海与之相关的“新车间”。“ Oh! Hacker Space! ”他在心里默想，但过去接受的教育总让他感到黑客似乎是个与犯罪有点关联的人群（硅谷创业之父保罗·格雷厄姆在《黑客与画家》一书中更正了这个大众的误解）。怀着好奇心，他仔细阅读了“新车间”内部 Wiki page 上的“新车间”章程，用他的话说，就是学习“ How should you behave ”。他发现那些章程他都喜欢！在我的要求下，他给我举例介绍了其中的一些章程（现在想来，我这个要求真是太不黑客 ! ），比如：假如你有个想法，就把它做出来；如果不喜欢什么，你就改变它。总之，不要只是用嘴说。又比如：如果你想学什么，“新车间”里的人不会像帮助一个婴儿一样来帮助嚷嚷“我要学……”的你，但如果人们看到你真的在尽力而为，他们自然会帮助你，如果你干得好，他们也很容易对你的作品产生兴趣。 带着对这些章程的高度认可，鲁修开始了他在“新车间”的工作。刚到那里时，他觉得场地乱乱的，不够干净，想到章程，他就自己拿起扫帚开始打扫。周围的人很快因此注意并接纳了他。他从淘宝上买了电子材料、有机玻璃等制造 3D 打印机的原材料，照着网上开源程序教授的流程，坚持不懈，花 3 个月的时间做出了一台 3D 打印机。其间，遇到问题的时候他会请教大家，“新车间”里的伙伴也纷纷对他渐渐成形的产品表示出了很大的兴趣。——在鲁修之前，虽然“新车间”里的人都知道并常提起 3D 打印，但从未有人完整地做出过一台真实的 3D 打印机。因为这个作品，鲁修迅速获得了大家的认可，人们甚至纷纷请求鲁修教他们这一招。 “可是这个太难了！要知道，我整整做了 3 个月呢！”鲁修说，他决定从头做一台稍微简单点的 3D 打印机，然后再教大家。事实证明，后一套方法比较可行，鲁修共教了 10 个人，他们都在两天内就学会了制造。但鲁修也随之面临善意的质疑：“这毕竟是来自开源软件的设计，不是你自己的啊！” “我又遇到了挑战！” 倔人鲁修不甘心，为了得到真正属于自己的设计，他又上网了，并真的在网上找到了设计 3D 打印软件的教程。人们去向他求教，他就免费教他们。到现在，已经有 20 人跟着他在“新车间”学会了 3D 打印机的制造，五六十人学会了如何使用 3D 打印机。 “你简直太神了！ 3D 打印这种事跟你的专业一点不相关啊！这你都能自己学会！”我说，“相比之下，我们中国人的动手能力、创造精神真的差好多。”“谁说的？”让我感到意外的是，外国人鲁修完全不是这么看。他说：“你看到淘宝上那么多种类的商品，每一种商品都有那么多样，你就会知道中国人是多么有创造力！”“那可能是使用工厂机器生产的集体产品吧？”我有些怀疑。“任何集体，归结到最后，还是落实到个人呀！”鲁修认为中国人目前动手能力弱的根本原因是：人口大国劳动力还非常便宜，人们如果能用便宜的价格得到一种产品或一种服务，就不会愿意自己花宝贵的时间去做。“但是如果你不开始动手，你就永远不会。”鲁修觉得，他现在会做这些事是因为他有钱也有闲，如果中国人也有闲暇的时间和财富，人们就会开始做这样的事。眼下正是一个时间上的起点。他这个说法让我很吃惊——从来没有听中国人从这个角度分析过这个问题，但又似乎很有道理。 据说，鲁修最近已在“新车间”隔壁仅一墙之隔的地方开办了一个“新 FABLAB ”（“新新车间”），他自己出资购买了部分设备，“如果有人有想法但是没有钱启动设备等，他可以来‘新 FABLAB ’做，只要付很少的钱，不必担心失败。‘新车间’的会员如果想要使用我们这里的设备，更是只要推门就可以借用。”他希望未来能有个人或企业为他赞助一些设备，这样，他可以把会员费尽可能降到很低。 “可是这样的话，你和 David Li 搞的‘新车间’有什么区别呢？你为什么非要自己再开办一个？”我有些不解——既然他在“新车间”工作得很愉快，在他刚到上海的时候， David Li 也把他推荐给过很多“新车间”的朋友。对此，鲁修的解释是：“如果使用设备创造出成功的产品，有些人也许就有能力自己去购买设备了，然后，他们可以用他们的设备继续与我开创的空间合作，这样，我就能实现拥有许多机器的梦想了，这可是我的一个大梦想（笑）！此外，我们的会员通过使用机器，也可以用自己的亲身体验帮我们为一些厂家的设备作人际推广，会员们也会不断为我们的空间带来具有启示性、值得学习的新问题。这都是我想要的东西。‘新车间’的人有他们想做的东西，但目前他们中还没人想要这个，而我想要，那么我就自己把它做出来。某种意义上，你可以把‘新 FABLAB ’理解为‘新车间’的一个‘儿子’。” “噢，有点像一个社会企业的运作方式。”我理解。“不，这不是一个类似 NGO 的东西，我也不需要别人说我是个非常 nice 的人，它是非常理性、务实的。我并不是不工作，我每天工作 10 个小时，只是不拿薪水而已。”说到这里，一直仿佛处在一种创业兴奋中的鲁修特别严肃地向我强调。 虽然我至今还没有完全搞明白 3D 打印与新工业革命的关系，过去也一直抽象地理解工具的改变可能带来的生产方式的变化，但鲁修似乎瞬间让我领悟了这一切。曾经有人评价凯文·凯利主编的《全球概览》（乔布斯生前曾大力推崇此书）对于上世纪六七十年代美国个人创新精神激发的影响时说：“制造工具者均为使徒”（ http://mp.weixin.qq.com/mp/appmsg/show?__biz=MjM5NTExNDU1Mg==appmsgid=10105018itemidx=1sign=5486d720d48b3f2b3a033f9734b36f6f ），今天，我觉得鲁修在内心深处也是要做一个类似的使徒——提供工具者。在他身上，我仿佛看到了正在发生的这场新工业革命的缩影。 据说，我们这座城市里的创客，每周三晚上会去“新车间”聚，周六晚上则到同济的 FABLAB 聚，来来往往，虽然地点在流动，人却大多是同一群人。猜测将来多半有一天，大家也会到鲁修的“新 FABLAB ”聚。比起政府部门组织的一次次形式大于内容的创新大赛，我觉得这才是这座城市更真实地积蓄创新能量的方式。 　　饿着肚子打完这篇文章，因为想起乔布斯的“ Stay hungry, stay foolish. ”，怕一吃饭，又昏昏欲睡了。。。

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中国人真能打——我国研制出世界首台液态金属电子电路打印机

热度 1 sheep021 2014-4-18 16:18

3D打印技术，算是被中国人给玩滥了，啥也能打，打骨骼，打配件，打飞机，打房子，还能打电路板，但这只是个开始，不打出个人来，绝对不会罢休的，呵呵。 谁都不能否认中国人的创新能力，一个创造四大发明的民族，怎能没有两把刷子？ 说实在的，四大发明，在中国历史上，只算一些小玩意儿，真正厉害的发明，恐怕李约瑟也理解不了。 -------------------------------------------------------------------------------- 我国研制出世界首台液态金属电子电路打印机 《 人民日报 》（ 2014年04月17日 12 版） 　　本报北京4月16日电 （记者喻思娈）记者今天从中科院理化技术研究所获悉：经数年时间从基础研究到应用层面的持续推进，该所研究员刘静带领的科研小组在印刷电子学领域取得技术突破，研发出世界首台全自动液态金属个人电子电路打印机。 　　刘静小组首次建立了一种全新原理的室温液态金属打印方法，集合了上下敲击式进墨、旋转及平动输运等流体输运方式，解决了金属墨水表面张力高难以平稳驱动的难题，其打印精度和质量已能满足大多数印刷电路板的要求。 　　液态金属打印机的问世，让极低成本下快速、随意地制作电子电路成为现实。专家表示，这种立等可取的个性化电子制造模式将对传统电子工程学带来观念性变革，相应技术易于普及到家庭、办公室、学校、工厂乃至工业设计、艺术探索、文化创意等应用领域。据了解，由该团队研发的面向个人终端用户的打印设备即将进入市场。

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创客空间（makerspace）——知识共享、技术创新的开放式实验平台

热度 1 wangqing0610 2014-4-12 00:54

“创客空间”（ Makerspace ，也称作 Hackerspace ， Backspace 或 Hacklab ）是一个能够将具有创作灵感的人聚集在一起的创新性空间， 创客空间运动正在图书馆界迅猛发展，来自 OCLC 的 Lorcan Dempsey （ 2012 ）认为这样一种“空间”（ space ）应根据更广泛的教育和研究需求重新配置，而不应将焦点集中于“印本馆藏”（ print collection ）的实时管理上，空间功能已经从基础设施的供给转向参与空间的配置（ engagement ）。 创客空间强调活动的连续统一（ continuum ），通过知识创造或技术创新将“共同工作”（ co-working ）、“黑客空间”（ hackerspace ）和“工厂实验室”（ fab lab ）等核心元素串联起来。 纽约州的费耶特维尔免费图书馆（ Fayetteville Free Library ， FFL ）、 底特律公共图书馆（ Detroit Public Library ， DPL ）、 韦斯特波特公共图书馆（ Westport Public Library ， WPL ）、 克利夫兰公共图书馆（ Cleveland Public Library ， CPL ）； 内达华大学里诺分校的 DeLaMare 科学和工程图书馆（ DeLaMare Science and Engineering Library ， DMSEL ）、 玛丽华盛顿大学（ UMW ）辛普森图书馆（ SL ）、 密歇根大学 3D 实验室（ University ofMichigan 3D Lab ， UM3D ）、 瓦尔多斯塔州立大学（ VSU ）的奥达姆图书馆（ Odum Library ）媒体中心（ Media Center ）等美国公共图书馆和学术图书馆均已实施了相关项目。国内也有北京、深圳、南京、成都、杭州等地开办了创客空间。 参考文献：见鄙人相关论文。

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未来城市，3D打印出来？

sheep021 2014-4-11 13:09

简直逆天了，能打印出零件，就能打印出设备，能打印出房子就能打印出大楼，甚至打印一座城市？ 物质不灭定律依然存在，改变的只是结构！（ 包括微观的物质分子结构，以及宏观的空间分布结构） 成批“3D打印房”亮相青浦，但神秘打印机属“机密”不让看 2014年04月11日 07:32 来源： 新闻晨报 …… “用3D打印机来造房，是世界各国建筑师的梦想。此前，俄罗斯曾发布一幢3D打印建筑，但他们的原理是打印一个个像乐高积木一样的配件，然后通过组装做成建筑的墙体；荷兰打印了一个景观房建筑叫莫比乌斯环，是通过用沙子和黏合剂的方式打印若干个模块进行组装，最终，也没有打印出完整的房子。而有了这台打印机，就可以就地取材，制造打印“油墨”，打出整栋房子。”马义和称。 “油墨”来自建筑垃圾 3D打印的房子是否为一种噱头？打印的建筑牢度怎样？能用多少年？如果在不久的将来推出3D打印住宅，有人会买吗？面对记者一连串的疑问，马义和回答得胸有成竹。 在他眼里，3D打印不仅是一种全新的建筑方式，更是一种颠覆传统的建筑模式。它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能，不仅解放人力，还能大大降低建造成本，造出普通百姓都能住得起的房子。 据其介绍，3D打印最大的亮点，就是把建筑垃圾再利用，同时让新建建筑不会产出新的建筑垃圾。“今后建筑过程将大大降低扬尘和污染，建筑工地不会再是一片狼藉，城市空气质量也会得到改善。”马义和说，中国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的1/3以上，而盈创3D打印建筑“油墨”的核心技术就是将建筑垃圾再利用，通过技术处理、加工、分离，使之成为3D打印建筑“油墨”的原材料。 让更多人住得起房子 那么这样的“油墨”牢度怎样？马义和表示，“油墨”是一种经过特殊玻璃纤强化处理的混凝土材料，其强度和使用年限大大高于钢筋混凝土。“空心的墙体不但大大减轻了建筑本身的重量，还可以随意填充保温材料，并可任意设计墙体结构，一次性解决墙体的承重结构问题，因此无论是桥梁、简易工房、剧院、还是宾馆和居民住宅，其建筑体的强度和牢度都符合且高于国家建筑行业标准。” 更颠覆想象的是，“油墨”挤出后会很快凝固，保证打印机能连续打印。“如果是整栋25层的住宅楼，只要打好地基，仅十天半月即可完成整栋楼的建筑框架。之后安装好门窗，排好各类电线管道，再由打印机打印出整体的复合地板和家具，业主一个多月就可拎包入住。”马义和说，这绝不是未来的梦想，而是现今已经实现了的技术。“现在，你看中了外滩的哪栋建筑，或者喜欢全球哪套品牌家具，只要用照相机拍下来，将设计图纸输入电脑，很快就可拷贝不走样地打印出来。” 更令他对自己产品信心十足的是3D打印的价格优势。据他测算，打印能使建筑能耗从70%降低到30%以下，让建筑成本降低50%，让更多人住得起房子。

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3D打印建房成品亮相上海，外电如何看？

热度 4 zhpd55 2014-4-8 14:58

3D 打印建房成品亮相上海，外电如何看？ 诸平 据2014年4月1日 3D打印机和3D打印新闻网站 公布的消息，虽然早在2011年,美国南加州大学教授Behrokh Khoshnevis就曾经预言,新技术将很快允许大规模3D打印机来构建完整的多层次的房子,没有想到这样的一天，3年之后在中国上海成为现实。上海WinSun装饰设计工程有限公司（WinSun Decoration Design Engineering Co.）已经利用3D打印技术来建造房屋,一组200平方米的3D打印房屋已经出现在中国上海。这些建筑完全是使用一个巨大的3 D打印机打印混凝土建成的,而混凝土的原材料是一些废弃的垃圾构成，每栋成本只有3万元人民币(约合4800美元)。外电如何看待这一现实，请浏览： 10 completely 3D printed houses appear in Shanghai, built under a day April 1, 2014 Back in 2011, University of Southern California Professor Behrokh Khoshnevis said new technology will soon allow massive 3D printers to build entire multi-level houses in under a day. A group of 3D printed houses, 200 m2 each, recently appears in Shanghai, China. These building were created entirely out of concrete using a gigantic 3D printer, and each costs only 30,000 RMB ($4,800). The company behind these 3D printed building, Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co, said it has for years been working on developing the system and its materials. The company owns 77 national patents of construction materials, such as glass fiber reinforced gypsum and special glass fiber reinforced cement. While Hobbyist models of 3D printers are currently available for only a few hundred dollars and lets users feed plastics and polymers into a machine, the company takes this technology to a bigger level. Using concrete, instead of plastic, WinSun wants to revolutionize the way homes and other structures are built. WinSun's 150(L) x 10(W) x 6.6(H) m gigantic 3D printer is capable of printing entire building within hours. The 'ink' it used is based on high-grade cement and glass fiber. Like traditional 3D printers, the system carefully spills out those materials layer by layer, consistently building upward. Using computer and 3D modeling software, the designs of the building can also take into account additions like insulation materials, plumbing, electrical lining and windows, which can then be easily outfitted once the rest of the structure is solid and standing. In addition, it is very impressive that the printing material is recycled construction waste, industrial waste and tailings. WinSun plans to build 100 recycling factories in the country, one in every 300km, to collect and transform the waste into materials for 3D printing through special handling, processing and separation technology. There will not be any waste from the construction of new buildings. said WinSun CEO Ma YiHe. WinSun expects 3D printing will save construction companies up to 50% on the cost. WinSun hopes their 3D printer and technology could offer affordable and dignified housing for the impoverished. Chinese company prints parts for ten houses and builds them all in one day 14 hours ago by Bob Yirka Credit: 3ders.org (Phys.org) —Shang Hai company WinSun Decoration Design Engineering Co. has advanced the science of 3D printing by printing all of the parts needed to construct houses and then using those parts to build ten houses, all in just a single day. The finished houses are made of mostly concrete with other materials added for various purposes. 3D printing has become rather commonplace—college students across the country routinely print small objects both for educational purposes and for fun. And while the time may be approaching when most consumers will have a 3D printer in their home for on-demand product creation, the real action appears to be in the construction business. Some have suggested that houses of the future may take just an hour or so to print, reducing labor costs (and thus the cost of the house) to almost nothing. In this new effort, the team in China appears to be making that happen sooner rather than later. WinSun isn't printing whole houses, instead, the company prints basic parts using concrete (with construction or industrial waste materials or tailing added to help reduce costs) as ink. The parts dry quickly and can then be used to assemble a complete 2,100 square foot house. Purists might argue that the company isn't technically printing houses, but the end result is the same—very little labor, low cost materials, and incredibly inexpensive (approximately $4,800) houses. The houses built in China are in stark contrast to a project going on in Amsterdam, where a crew has begun work on a project that aims to print an entire 13 room house, including some of the furniture—all in one fell swoop. The timetable is three years and the finished product will likely wind up costing millions. To print its house parts, WinSun uses a giant printer—it's 490 feet long by 33 feet wide and 20 feet deep—and unlike other companies, plans to use its printer to start printing parts for real houses for sale to consumers. To that end, the company has announced its intention to open 100 recycling factories to convert waste to make it suitable for adding to its concrete ink. Representatives for the country told the press that they believe their system can be used to create a very large number of affordable homes for impoverished people who now cannot afford a traditional house. Explore further: Amsterdam canal house built with 3-D printer http://www.3ders.org/articles/20140401-10-completely-3d-printed-houses-appears-in-shanghai-built-in-a-day.html ； http://phys.org/news/2014-04-chinese-company-ten-houses-day.html#nwlt

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[转载]3D打印之四：打印城市

vcitym 2014-3-31 16:48

芝加哥建筑协会使用3D打印技术，将原本只能从电脑或手机屏幕上看到的Google街景地图做成三维模型。除了让市民和游客更直观的认识芝加哥的城市风貌，该模型也为设计师和建筑师使用3D打印技术来展示他们的作品指明了方向。 3D打印在医疗、航天航空、艺术等众多领域都已经得到广泛的应用。那么在建筑行业，3D打印与在线地图提供商会擦出什么样的火花呢？芝加哥建筑协会与Google街景地图合作就是一个典型的例子。该协会使用3D打印技术，将原本只能从电脑或手机屏幕上看到的Google街景地图做成三维模型，并向市民和游客免费开放。除了让市民和游客更直观的认识芝加哥的城市风貌，该模型也为设计师和建筑师使用3D打印技术来展示他们的作品指明了方向。 芝加哥建筑协会3D打印城市建筑这一项目花费多少并没有批露，不过从目前技术看，如果整个项目都使用3D打印，那么费用会相当高昂。很有可能部分建筑使用3D打印，而大部分使用是通过传统的沙盘制作。 转摘： http://news.lihuasoft.net/517616.html

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3D打印之三：组织与政策

vcitym 2014-3-31 16:20

1、中国成立3D打印技术创新联盟 据新华网南京3月31日电（记者王恒志）记者从紫金（江宁）科技创业特别社区获悉，“全国增材制造（3D打印）产业技术创新战略联盟”近日在南京正式成立。包括南京航空航天大学、中国航天科技集团等在内的83家3D打印行业大型央企、科技创新型企业和高校院所成为该联盟首届理事单位。 联盟事务委员会秘书韩志宏表示，在联盟的合作平台上，联盟成员之间可以资源共享，互惠互利，从而提升群体竞争力。 　　据了解，该联盟由紫金（江宁）科技创业特别社区与南京增材制造研究院等单位共同发起成立，是致力于增材制造技术的研究、开发、产业化、服务和应用的单位自愿组成的合作平台，将通过统筹协调全国增材制造技术和产业相关资源，提升增材制造技术相关领域的研究、开发、制造、服务水平，促进增材制造技术标准的推广和应用，促进产业发展。 作为中国3D打印领域的领军人物，中国工程院院士卢秉恒表示，与发达国家相比，目前中国3D打印技术发展得还不算太好，一些关键环节仍存在问题，比如产业链不完整、关键打印材料制造技术及产业化仍有短板、大功率激光器等核心元件仍依靠进口等。对中国3D企业来说，迫切需要联合起来，加强沟通和交流，形成研发合力。 （ http://finance.21cn.com/newsdoc/zx/a/2014/0331/10/26847147.shtml） 2、北京出台3D打印发展规划 3D打印概念掀涨潮 2014年 3月3日，北京市科委印发《促进北京市增材制造（3D打印）科技创新与产业培育的工作 意见 》，在此消息影响下，昨天3D打印概念股也逆市飙升，掀起阵阵涨潮。 《意见》提出到2017年，培育2-3家龙头企业、10家以上骨干企业，推进北京市3D打印技术 全面跻身国际先进水平，努力建成世界知名的3D打印产业基地，培育未来经济增长点。面向航空航天航海等大型金属复杂构件直接制造领域，要求着力突破激光、电子束等高能束流直接制造技术；面向医疗器械与健康服务领域，要求一方面大力推进3D打印产品的临床应用研究，另一方面着力突破医用材料、3D打印装备等环节核心技术，实现材料及装备的重大突破。 （ http://news.xinhuanet.com/finance/2014-03/05/c_119608610.htm?prolongation=1） 3、中国开展3D打印技术研究的大学分布 中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军预测，我国3D打印市场将在3年内从目前的约10亿元增长到100亿元。3D打印技术的深层意义在于，它将有可能改变传统工业格局和大规模生产方式的理念。目前国内开展此项技术研究的高校有： （1）清华大学 该校机械工程系是国内在金属机械锻压以及材料成形方面科研实力较强的单位，早期由颜永年教授带领的团队在金属快速成形上取得诸多成就。 （2）北京航空航天大学 “瞄准前沿问题、立足国家重大的战略需求做科研。”这是北京航空航天大学材料科学与工程学院北航王华明教授及其团队多年来不懈努力的方向，也是他们未来持续发展的动力目标。 （3）大连理工大学 “世界最大激光3D打印机”诞生在大连！这则消息令人振奋，也引发了更多人对3D打印技术的好奇。10年前，如果提起“3D打印”这个词，你也许会觉得很陌生。但是从2002年起，大连理工大学材料工程系姚山教授就开始从事相关技术的研究了，直到近日有媒体爆出其研发的“世界最大激光3D打印机”已进入调试阶段，姚山这个名字才被人们所熟知。要想了解他与3D打印机的故事，还要从他所研究的铸造行业说起。 （4）华中科技大学 该校史玉升教授团队开发出全球最大的3D打印机。这种3D打印机主要打印工业制品，包括各种加工零件、装备材料等。长宽尺寸小于1.2米的零件，都可用这台机器打印出来。其好处是，既能降低设计与制造的复杂度，又能大幅缩短铸件的生产周期。目前，该校正牵头拟建全国首个3D打印工业园，集3D打印设备制造、材料制造、产品加工服务于一体，推动3D打印规模化生产。 （5）杭州电子科技大学 该校徐铭恩教授团队研发出国内首台生物3D打印机，能够直接打印出人体活细胞。以这些细胞为基础，打印机还可打印诸如骨骼修复器件、人工器官等生物材料。他曾表示，“说到生物3D打印还有一个概念叫生物制造，这也是我国生物3D打印的前驱颜永年教授提出的一个概念，就是以3D打印为基础的生物医学，为制造技术在生物医学方面的应用开辟了新的领域。” （6）华南理工大学 该校杨永强教授团队从2001年左右开始研究3D打印技术，目前主要研发方向是牙齿、假肢、金属部件等。2004年，该团队与国内企业合作研发了国内第一台选区激光熔化快速制造设备“DiMetal-240”。 （7）西北工业大学 走进西北工业大学，浮雕“翱翔”映入眼帘，羽人飞翔、嫦娥奔月、琴高游海的故事栩栩如生地展现在眼前。这是中华民族远古时代的美丽神话，也是西工大人推动我国航空、航天、航海事业发展的不懈追求。在激光制造工程中心，一项神奇的技术也在助推着我国的大飞机梦——3米高的C919飞机中央翼缘条是大型钛合金结构件，通过3D打印技术迅速成型。原来，随着航空技术的发展，零件构造越来越复杂，重量却要求越来越轻，传统工艺很难制造。“应用激光立体成型技术解决了这一难题。”凝固技术国家重点实验室主任黄卫东说，他从1995年开始对这一技术进行攻关，终于在2012年完成了其在大飞机上的应用。 （ http://laser.ofweek.com/2013-08/ART-240015-8500-28714127_7.html）

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3D打印之二：3D打印的奇葩

vcitym 2014-3-31 15:39

兰州军区某测绘信息中心打印中国第一幅3D地图 （摘自http://www.seemap.cn/index.php?m=contentc=indexa=showcatid=43id=3196） 该中心利用3D打印机生产出来第一幅3D地形图成果 　　荣获“军队科技创新群体奖”的兰州军区某测绘信息中心近日又传出喜讯：由中心主任王明孝带领的科技团队，历经一年多的探索攻关，创造性地将3D打印技术应用到地形图生产领域，成功研制出我国第一幅3D地形图。专家鉴定此项成果居国际先进水平。 　　3D打印技术是快速成型技术的一种，它通过计算机软件控制，把装在打印机内的“打印材料”一层层叠加起来，最终使计算机上拟打印的立体蓝图变成实物。近年来，这项技术被迅速应用到工业、医学、建筑、军事等多个领域。兰州军区某测绘信息中心的科研团队勇追世界科技潮头，于2013年启动3D地形图科技攻关，成功研制出我国第一幅3D地形图——《兰州市区三维(3D)地形图》。 　　记者眼前的这幅3D地形图与传统的人工制作沙盘相比，具有精度高、可量算、重量轻、便于携带的优点，可谓是现地地形的“浓缩版”。军事专家指出，3D地形图的成功研制，可为军事地形分析、首长指挥决策、部队遂行任务提供准确、可靠的依据，具有很高的军事应用价值。 　　该中心政委许仕敏介绍说，在3D地形图研制过程中，中心科技人员没有选用石膏、树脂、特殊塑料和金属粉末等国际上专用的昂贵打印材料，而是将库存的数千吨废旧地图开发为打印材料，最大程度上节约了成本，具有很强的推广性。 　　全国制图学与地理信息系统专业委员会主任、中国工程院院士王家耀的鉴定认为：此项成果设计思路新颖、研制难度大、技术先进，填补了国内空白，居国际先进水平。 　　中心主任王明孝表示，第一幅3D地形图研制成功后，中心科技人员致力于技术的升级改造。目前，他们已将A4幅面的3D地形图的精度由最初的1毫米提高到0.1毫米;将打印时间由24小时缩短到8小时;制图范围实现了从战区地域向战区外地域的拓展。“在不久的将来，部队执行多样化军事任务的区域在哪里，3D地形图就可以‘打’到哪里。” 图片来自网络 另据报道： 用3D技术打印地图虽然一直没有被广泛普及，但是相关的探索就一直没有中断，现在日本在这项技术上走在了全世界的前列。 日本官方的国土地图绘制和地形研究勘察机构——日本地理信息空间局近日计划推出全新的网站，通过这个网站，普通民众可以免费下载日本国土地形的相关资料数据。值得注意的是，这些数据被下载后可以直接用于3D打印，用户可以选择黑白和彩色两种打印方式 。

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3D生物打印的应用与发展

ailiyakong 2014-3-21 21:02

3D生物打印即以计算机三维模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，定位装配生物材料或活细胞，制造医疗辅具、人工植入支架、组织器官等生物医学产品的3D打印技术，3D生物打印是目前3D打印技术研究最前沿的领域。 1、2025年3D生物打印市场规模将达到19亿美元 2012 年，全球3D打印市场规模达28.2 亿美元，2010~2012 年进入快速发展期，三年复合增速达27%。Wohlers Associates 预测，未来几年，该市场仍会保持近20%的增长，到2021 年，行业规模或达108 亿美元，为目前的5 倍。 Lux Research的分析师关于3D生物打印市场的预测结果表明：随着3D扫描技术、打印机和材料价格下降，它们会被医疗行业迅速采用。这一市场2012年仅价值1100万美元并仍处于萌芽期，不过预测显示该市场将在2025年增长到19亿美元。 3D生物打印发展空间巨大源于三方面的原因：1)全球医疗领域的开支巨大，为3D打印技术提供了潜在的发展空间；2) 3D打印技术以其快捷、准确性见长，以其个性化制造能力与病体需求的差异性充分结合，在人工假体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应；3) 相对其他领域来说，3D打印在医疗行业的应用更具有经济性。 2、无生命修复形式3D打印的商用浪潮已经出现 康奈尔大学机械工程与计算机科学技术教授胡迪•利普森在2013年出版的《3D打印：从想象到现实》一书中，提出了一个“3D打印生命阶梯”的概念。胡迪•利普森认为：把身体各部位根据复杂性排列成一个很高的阶梯。无生命的假肢会位于阶梯的底层；中层将是简单的活性组织，如骨与软骨；简单组织之上将会是静脉和皮肤；最靠近阶梯顶层的将是复杂且关键的器官，如心脏、肝脏和大脑；生命阶梯的顶层将是完整的生命单位—也许有一天将会是具备完整功能的人造生命形式。如今，3D打印技术已经实现所构想的阶梯的底层，我们正在探索中间级并梦想着有一天可以到达最高级。 当前，第一波3D打印身体部位的商用浪潮已经出现，3D打印的假肢、牙冠、隐形眼镜与助听器等无生命修复形式已经存在于世界各地成千上万人的体内。 3D打印牙齿、助听器以及矫正器的过程都很相似：先对身体出现问题的部位进行扫描，再将扫描数据发送到一个特殊实验室，在那里这些数据被调整为可行性设计文件，最后，按照设计文件用软橡胶、坚硬而有光泽的陶瓷或者柔软而有弹性的透明塑料进行3D打印。目前，3D打印身体部位采用单一的材料，如金属、陶瓷或塑料。它们可自定义形状、可小批量生产，这些特征使它们成为3D打印的完美对象。 3、组织工程支架和植入物的3D打印逐渐成熟 随着技术的发展，组织工程支架和植入物的3D打印也日趋成熟。首先借助CT、ECT技术获取人体模型器官模型，通过3D技术处理：包括3D模型的建立，然后对不同材料、部位进行建模。最后指导3D打印设备喷射生物相容性材料，形成所需要的结构。3D打印在构建植入物的微观结构方面相对传统工艺有很明显的优势。在美国，仅骨移植修复材料的市场空间就达200亿美金。此外，一些血管支架等领域的应用也在逐渐发展。 世界上首例由3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术于2011年6月在荷兰进行，接受移植的病人是名患有骨髓炎的83岁女性。术后她的恢复状况良好，新的下颌骨并未影响她的语言表达和进食能力。这项人造骨骼3D打印技术由比利时公司LayerWise和比利时哈瑟尔特大学的科研人员共同开发研制，而器官制作过程被称为“叠加制作法（AM）”。通过该方法，技术人员可根据移植患者的具体需求来设计骨骼部件的效果图，然后利用高精度的镭射枪来熔解钛粉，并将它们一层层地喷涂叠加起来，最终形成一个立体的人造骨骼部件成品。 2013年上半年，普林斯顿大学的研究人员成功的打印出具有功能性的仿生耳朵，造价1000美元（约合人民币6000元）。研究人员表示，他们所创造出的仿生学耳朵在能力上要远远超过正常人的听觉，甚至可以听到无线电的频率，因为这个耳朵的组织是与电子技术结合在培养皿中生长。 科学家们选择的打印材料为水凝胶，接着用3D打印机打印出仿生耳朵，然后将从小牛身上获取的细胞注入水凝胶中，接着加入一种含有纳米银粒子的聚合物，这种聚合物可以传播无线射频信号。最后将小牛细胞成长为软骨组织，并围绕一个线圈天线变硬。这样，一个仿生学耳朵就诞生了。 4、3D细胞打印将成为“生物制造”的技术基石 器官短缺已经成为一个全球性的难题。长久以来，医疗行业投入了大量的资源进行研究以期解决移植器官不足的难题。而近期3D打印肝脏、3D打印肾脏等医疗领域取得的突破，正让整个医疗行业兴奋不已。 3D细胞打印是利用一层层的生物构造块，去制造真正的活体组织。这种3D生物打印机有两个打印头，一个放置最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”；另一个可打印“生物纸”。所谓生物纸的主要成分是水凝胶，可用作细胞生长的支架。这种机器首先“打印”器官或动脉的3D模型，接着将一层细胞置于另一层细胞之上。打印完一圈“生物墨”细胞以后，接着打印一张“生物纸”凝胶。不断重复这一过程，直至打印完成新器官。随后，自然生成的细胞开始重新组织、熔合，形成新的血管。每个血管大约需要一小时形成，而熔合在一起需要数天时间。 3D打印再造人体器官的基本“生物墨”——人体细胞制备的理论近年也有重大突破。2012年英国科学家约翰•戈登和日本科学家山中伸弥获得诺贝尔生理和医学奖揭，获奖理由为“发现成熟细胞可被重编程变为多能性”。2014年1月30日，Nature杂志披露日本理化研究所小保方晴子团队将细胞暴露于弱酸性环境中，即可将其转化为干细胞。平均有25%的细胞在酸性条件下存活，而其中的30%则转化为多能细胞——较之前山中伸弥仅1%的转化率高出许多。随着干细胞诱导分化成特定功能细胞（例如肝细胞、胰岛细胞等）技术的逐渐完善，3D打印再造人体器官的基本“生物墨”距离最终解决并不遥远。 3D细胞打印主要有三方面的具体应用：1）作为医学实验的研究工具。细胞打印的产品包括组织和器官两类，细胞准确定位和培养之后，形成的结构具备生物特性，可以作为很好的医学研究工具。2）构建和修复组织器官。细胞打印成型组织和器官可以根据病体的需要进行器官移植和修复。 现阶段，一些皮肤、脂肪组织可以打印并用于修复。打印移植器官还在研究中，最有希望率先突破的领域可能在人工肝脏方面。3）做药物研发领域的药物筛选的模型。细胞打印成型组织和器官可以用来进行药物筛选的试验，弥补现阶段蛋白筛选直接到动物体筛选的技术缺失，提高药物筛选的效率和新药的研发速度。 目前，3D细胞打印还处于实验室阶段，距离商用还有很长的路要走。而且面临着形成组织的强度不够、培育组织的存活问题以及缺乏电脑化的工具等一系列难题。 5、3D生物打印的领军企业――美国Organovo公司 当前，3D生物打印领域的先驱是美国的Organovo公司。Organovo公司成立于2007年，总部位于美国加州圣迭戈。Organovo公司专有的NovoGen 3D生物打印技术可制造各种组织和细胞类型，并能够在细胞里放置所需要的图案。Organovo公司生产销售NovoGen MMX 3D生物打印机，以帮助用户制造生物组织以用于研究和开发。 Organovo公司成立7年来，在3D生物打印领域取得了一系列引人瞩目的突破，包括：打印第一个全细胞工程人体动脉；使用来自脂肪组织的干细胞制造动脉；首次将生物打印的组织植入活体（动物）体内；3D打印具有全部生物活性和功能的人体肝脏组织并保存了40天。 在Organovo公司打印3D迷你肝脏的过程中，3D打印机逐层打印肝脏细胞和血管内壁细胞，一共打印了大约20层。血管内壁细胞负责为肝细胞提供营养和氧。他们打印的迷你肝脏能够产生清蛋白、胆固醇和解毒酶——细胞色素P450，代谢肝脏内的药物。迷你肝脏结合了肝实质细胞和星状细胞层，所拥有的结构和功能对医学研究具有重要意义。迷你肝脏可以被疾病侵袭，允许研究人员观察整个病变过程，也可以施以药物，用以了解药物疗效。 图11、Organovo公司的科学家利用3D打印机打印出迷你肝脏，深0.5毫米，宽4毫米，拥有很多与真正肝脏一样的功能 2013年，Organovo公司同云设计和技术软件厂商Autodesk合作开发首款生物打印3D设计软件。这款软件将与Organovo的NovoGen MMX生物打印机配套使用，这表明人类在提高3D人体组织设计的可用性和功能上向前迈出了重要一步，有可能拓展生物打印用户的数量。这两家公司有很大的合作潜力。Organovo的NovoGen MMX Bioprinter是一种全新的、全自动化（定制图形用户界面）、专为满足生物研究和生物打印的各种需求而开发的软硬件平台。Autodesk是很多专业化设计领域的领军厂商，这将是它第一次去开发能够创造活体事物的软件。 与此同时，Organovo希望通过生产能够被用于药品研究、发现和开发的活体组织获得一个稳定而且可持续的创收源泉。Organovo公司的首席执行官Keith Murphy透露：该公司将于2014年推出第一款产品：供医药公司客户在毒理学方面使用的一个3D打印肝脏

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3D打印带来医疗新革命

热度 2 ailiyakong 2014-2-23 12:20

1、什么是3D打印 3D打印（3Dprinting）也称为“增材制造（AdditiveManufacturing）”，它是新兴的一种快速成型技术。与传统的减材制造工艺不同，3D打印是以数据设计文件为基础，将材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体的技术。 现代意义上的3D打印技术于20世纪80年代中期诞生于美国。CharlesHull（3DSystems公司的创始人）和ScottCrump（Stratasys公司的创始人）是3D打印技术的先驱人物。以3DSystems和DTM公司为代表的一批美国中小科技公司在20世纪80年代末-90年代初相继研发出立体光固成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）和熔丝沉积造型（FDM）等主流技术路线，经过20多年的沉淀和不断完善已经日臻成熟。 3D打印与传统制造业的最大区别在于产品成型的过程上。在传统的制造业，整个制造流程一般需要经过开模具、铸造或锻造、切割、部件组装等过程成型。3D打印则免去了复杂的过程，无需模具，一次成型。因此，3D打印可以克服一些传统制造上无法达成的设计，制作出更复杂的结构。 图1：Stratasys推出工业级高端服务领域3D打印机 图2：这款Solidoodle2打印机售价仅3千多元人民币 目前，3D打印设备已经广泛地应用于航空航天、汽车、消费电子、工业、医疗、建筑等领域。功能也从最早的展示、教学拓展到工业模具的制造，乃至零部件的直接制造。3D打印直接用于零部件制造的比例由2003年的不到4%跃升到了2011年的24%。随着3D打印技术越来越成熟，它的应用范围将越来越广，未来将深刻地改变世界制造业的理念、方法和格局。 根据咨询公司WohlersAssociates的统计，2011年全球3D打印产品（设备+服务）的销售总额已经达到16.8亿美元，近十年时间里以年均27%的速度高速增长。该公司进一步预测，未来5-10年全球快速成型市场将继续以年均20%的速度膨胀，2019年可达66.5亿美元的体量。 2、3D打印的优势和局限性 3D打印作为一种崭新的制造技术，有着传统制造业所无法比拟的诸多优势。随着技术的不断进步，3D打印在铸造精度上已经可以与传统方式相媲美。其优势主要体现在以下几个方面。 （1）制造复杂物品不增加成本：对于传统工艺而言，物体形状越复杂，制造成本越高，而3D打印则不存在这个问题。制造复杂物品不增加成本将打破传统的定价模式，改变我们计算成本的方式。 （2）减少设备购置成本：传统的制造设备功能比较少，做出的形状也有限，3D打印可以减少购置新设备的成本，一台3D打印机只需要不同数字设计图纸和新的原材料。 （3）无需组装：传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后在进行组装，产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本越高。而3D打印是一体化成型，无需组装，大大降低了生产成本。 （4）材料组合的无限可能性：传统制造业将不同材料结合成单一产品是件比较困难的事情，因为无论切割或模具成型过程中都不能轻易的将多种材料融合在一起。而3D打印机能够做到。 （5）突破传统的设计空间：传统制造技术生产的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。3D打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。 但是在大规模生产上，3D打印目前仍无法获得规模经济，在成本上和效率上不具优势。因此，3D打印主要被应用于个性化、小批量和高精度的产品制造上。3D打印的局限性，主要体现在两个方面： （1）材料技术亟需突破：一般3D打印的材料包括石膏、无机料粉、光敏树脂、塑料等，但工业级应用的金属粉末仅有钛、不锈钢、金银等寥寥数种，材料种类亟需扩展。 （2）批量生产经济性不高、控制难度高：快速成型设备的成本和效率优势体现在小批次、设计复杂的物件制造上，但制造大型、结构简单、大批量的零件相比于数控机床具有劣势，不仅成本较高，而且由于收缩率的影响、尺寸精度难以控制。 3、3D打印在医疗领域大展拳脚 近年来，随着技术的发展，3D打印已率先在医疗领域获得应用上的突破。这主要因为医疗行业（尤其是修复性医学领域）个性定制化需求显着，鲜有标准的量化生产，而个性化、小批量和高精度恰是3D打印技术的优势所在。 图3：医疗在3D打印领域的应用市场份额 目前，3D打印在医疗生物行业的应用主要包括三个方面： （1）体 外 医疗器械 制 造——无需生物相容的材料 体外医疗器械包括医疗模型、医疗器械——如假肢、助听器、齿科手术模板等。根据美国组织AmputeeCoalition的统计，目前美国正有约200万人使用3D打印假肢。 图4：3D打印的假肢 图5：3D打印的助听器 （2）个性化永久植入物 对人体身体部位的复制是高度定制化的产品，通过3D打印，这些部件可以与身体完全契合，与身体融为一体。以骨骼为例，当人体的某块骨骼需要置换，可扫描对称的骨骼，再打印出相应的骨骼，最后通过手术植入人体内。 图6：3D打印的移植用颚骨 图7：3D打印的功能性耳朵 在国内，3D打印“骨骼”技术已经于2013年被正式批准进入临床观察阶段。目前，北京大学第三医院骨科专家刘忠军教授带领的团队在征得病人同意后，已有近40位患者植入了3D打印出的“骨骼”。该院在脊柱及关节外科领域研发出3D打印脊柱外科植入物，其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节三个产品已经进入临床观察阶段。这种3D打印的假骨有助将周边的骨头吸引过来，使人体骨骼和植入物结合起来，促进患者康复。到目前，使用3D打印骨骼的患者恢复情况非常好，在很短的时间内，就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面。 图8：刘忠军教授将3D打印内植物用于脊柱外科手术 （3）细胞3D打印 细胞打印属较为前沿的研究领域，是一种基于微滴沉积的技术——一层热敏胶材料一层细胞逐层打印，热敏胶材料温度经过调控后会降解，形成含有细胞的三维结构体。 图9：细胞3D打印过程 细胞打印能够： 1）为再生医学、 组织工程 、干细胞和癌症等生命科学和基础医学研究领域提供新的研究工具。 2）为构建和修复组织器官提供新的临床医学技术，推动外科修复整形、再生医学和移植医学的发展。 3）应用于药物筛选技术和药物控释技术，在药物开发领域具有广泛前景。 在这一领域领军的Organovo公司，已经成功研发打印出心肌组织，肺脏，动静脉血管等。虽然目前这一技术的应用尚处于试验阶段，但未来有望逐步应用于器官移植手术中。 近日，Organovo公司宣称用3D打印机完整打印一个有正常生命机能的肝脏，为肝脏移植患者提供帮助。公司先通过独特的细胞3D打印技术，在细胞培养基座中打印出肝脏所需的细胞组织，然后再在培养皿中进行培养，并生成正常形状和机能的肝脏，然后便可以移植到人体中，进行身体解毒和排毒等正常代谢功能。不过，该肝脏的生命周期只有40天左右。 图10：3D打印的静脉固定装置 图11：3D生物打印的肾脏内部血管组织 对于3D打印在医学领域的应用，有人提出了一个“3D打印生命阶梯”的预想，无生命的假肢位于阶梯的底层；中间是简单的活性组织，如骨与软骨；简单组织之上将是静脉和皮肤；最靠近阶梯顶层的将是复杂且关键的器官，如心脏、肝脏和大脑；而生命阶梯的顶层将是完整的生命单位。（ 生物谷 Bioon.com）

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关于云制造的一点，呃，幻想

lr08788080 2013-12-22 21:58

没有理论基本的想法叫幻想，基于这个论调，说一说关于云制造的幻想。 刚刚在青岛开发区看到一家云制造与云应用示范园，于是忽然idea暴发。 欢迎拍砖或夸奖，总之交流一下 。。。。。 个人以为如果3d打印能够在以下方面有技术突破的话，云制造将能创造一个神话： 1. 打印速度。打印速度慢极大地制约了3d打印技术的大规模应用，目前还是“贵族”制造。 2. 安全与卫生。人们对3d打印的安全隐患的担忧不是没有道理的，因为首先打印时产生的粉尘就是一个大问题，这点将导致3d打印不能像pc一样适用于家庭制造。 3. 化学反应3d打印。目前3d打印的原材料还仅限于塑料、金属等，这几种材料的简单组装远不能满足日常生活的需要。若能实现“化学反应3d打印”的话，仅需加入几种“母料”，再通过一些程序控制的反应，就可以打印出大多数满足生活需求的产品。 展望：将来每一个小区（甚至每一家）都是企业的制造基地，企业精力将主要放到开发产品功能、降低成本、提高用户满意度等方面。只要将新产品上传到云端，千千万万的用户就可以直接购买其打文档，在小区打印站（甚至在家）制造产品。 正规科班出身，表说俺民科

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关于4D打印的补充

mohsh 2013-11-15 11:20

进一步学习了 4D 打印技术。 4D 打印技术实际上就是利用 3D 打印技术实现智能材料成分和结构的预设分布，进而实现智能材料的预设功能，包括形状的重构等。其所谓的第四维度并不仅限于甚至并不主要是时间维度，可以是各种外场。其功能实现关键在于材料及其结构的预先设计，还不是自适应、自学习和自进化来形成，也就是还没有到智能化阶段。总的来说就是，这项技术是 3D 打印技术在智能材料领域的应用。因此， 4D 打印并不是一个科学的术语。另外， 3D 打印其实质是复杂三维结构部件的降维 ( 二维 ) 制造，强调 3D 恰恰是失去了该技术的内涵和本意。

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关于3D打印

热度 1 mohsh 2013-11-11 08:36

美国将 3D 打印技术作为其振兴制造业计划的先导技术，优先设立国家增量制造创新研究所，作为其构建 “ 国家先进制造创新网络（ NNMI ） ” 试点，这引发了世界范围内关于 3D 打印技术的热潮。 3D 打印技术是一个新的概念，但不是一项新技术，而且美国在关键核心技术上也没有体现出重大突破，美国一反常态将其作为战略高技术而优先发展的做法值得深思。作为一个对照，美国是在掌握页岩气开采技术的基础上，才宣布将页岩气作为战略资源的。 3D 打印技术是增量制造技术之一，源于激光快速成形技术，其优点是可以实现特殊复杂结构的成形加工，是实现复杂结构形性一体化制造技术的一个重要可选技术途径和方案。其发展受制于极端温变载荷下材料和结构性能难于保持和控制，因此其应用局限于模具制造以及聚合物材料加工。 3D 打印技术能否成为主流的制造技术，关键在于如何保证材料和结构的性能，其核心科学问题就是金属的非平衡凝固和结晶。在这一点上，美国目前并没有展现出取得创新突破，反而是我国科学家（北京航空航天大学王华明研究团队等）后来居上，在钛合金材料 3D 打印技术方面率先取得了重要突破，他们通过 3D 打印技术制造的复杂大型钛合金构件已经得到航空应用。 3D 打印技术另一个优势是设计和制造一体化，具有个性化、工序简单等特点，这适用于模型设计和非规模化产品的制造，但并不适用于规模化产品的制造，而且其加工时间长也是其难于保证材料和结构性能稳定的原因之一，这使得其应用局限于难于用其它加工技术整体加工的特殊复杂结构构件的制造，而可能仅是传统制造业的辅助加工技术。 增量制造技术还包括复杂微纳结构的可控自组织生长。自组织生长技术已经在晶体生长、纳米颗粒或分子自组装领域有广泛的实践和应用。其难点是复杂结构的可控生长成形，因此目前仅局限于一些特定的微纳规则结构。外场引导和调控可能是其能否成为主流微纳制造技术的关键。 总之，我们既不能人云亦云，也不能基于阴谋论而视之不理，而要积极谨慎应对，一定要在充分战略调研基础上，厘清增量制造技术（特别是 3D 打印技术）的适用性和技术难点，有选择地发展，争取在关键核心技术上取得重点突破。

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美国构建先进制造创新网络谋求引领新时期制造业变革

mohsh 2013-11-11 08:32

为了重新振兴美国的制造业，美国提出设立国家先进制造先导计划，通过构建国家先进制造创新网络以确保美国在先进制造领域的领先地位。美国的制造业振兴计划能否引发新一轮制造技术研发竞争甚至技术革命，是否会对我国制造业产生极大冲击，需要认真思考。本文浅析了美国提出制造业振兴计划的背景和目的及其对我国制造业发展的启示，提出了我国应积极而谨慎应对、有选择在关键核心技术率先取得突破的建议。 为了重新振兴美国的制造业，美国提出设立国家先进制造先导计划，通过构建国家先进制造创新网络以确保美国在先进制造领域的领先地位。美国的制造业振兴计划有可能引发新一轮制造技术研发竞争甚至技术革命，并有可能对我国制造业产生极大冲击，我国必须积极而谨慎应对。 一、美国构建先进制造创新网络以振兴美国制造业 美国认为其在制造业的领先地位出现下滑，而且这种下滑不仅体现在低端制造业方面，而更关键的是表现在其高端制造业水平及研发能力上。为此，美国总统科技咨询委员会 (PCAST) 于 2011 年 6 月发布了《确保美国在先进制造领域的领先地位》的报告 ，提出设立国家先进制造先导计划 (AMI) 以振兴美国制造业，以持续保持美国在制造业的领先地位，并使美国能够在能源、交通、医疗保健和教育等领域迎接新的挑战。随后，美国国家科学技术委员会 (NSTC) 于 2013 年 1 月发布《国家先进制造创新网络：初步设计》的报告 ，提出构建“国家先进制造创新网络 (NNMI) ”，计划在制造工艺、先进材料及其加工工艺、高效能技术及其平台以及具体应用 4 个优先领域建设 15 个国家先进制造创新研发中心 (IMI) 。作为美国国家先进制造网络的一个试点，美国于 2012 年 8 月 16 日优先启动设立国家增量制造创新研究所 ，该研究所由超过 80 家企业、 9 个研究型大学、 6 个社区学院和 19 个非营利性机构共同构建。美国希望通过国家先进制造网络的构建，振兴美国的制造业，并引发制造技术的变革。 二、美国提出振兴美国制造业的背景 美国的制造业振兴计划，并不是传统制造业的回归，而是基于制造技术创新对传统制造的变革。其提出有其特殊背景和对时机的选择： (1) 金融危机对美国经济的冲击，使美国认识到巩固和持续经济繁荣以及保障国家安全必须依赖于坚实的实体经济，而制造业的巩固发展是实体经济的基础。 (2) 科学技术的进步以及新知识和技术的积累，使得传统制造产业面临新的变革，美国希望在变革中能够保持其领先地位。 (3) 由于制造产业的转移，以知识经济和技术经济代替产品经济，美国在基于产品 ( 装备的研发和制造 ) 的技术集成、人才培养方面出现停滞，大量人才流失；同时新兴制造大国的兴起，在人才和技术研发等方面已经对美国等制造强国产生了极大的冲击；美国在制造领域的领先地位在下降，这种下降不仅表现在低端产业和产品方面，而且更为关键表现在高端制造及其产品以及研发能力方面，美国必须考虑如何巩固和继续其制造强国的地位。 (4) 美国此次提出的制造业振兴计划将研发的目标定位于技术成熟度的 4 — 7 级，这表明在制造领域，美国仍然拥有深厚的知识和技术储备，这为其提出并进一步引领制造业变革提供了坚实的基础，美国相信能够通过抢占先机和重点支持，形成和控制未来技术和产品市场以及发展趋势。 (5) 美国的传统制造业向其它国家的转移，同时也大大降低了美国通过技术创新实现制造业变革的成本以及对其现有制造产业的冲击。 三、对我国制造业发展的启示 我们应该清晰认识到美国大力倡导制造业变革和创新，绝不是为他人做嫁衣，而是在对制造业发展趋势和前沿以及国家需求进行深入调研基础上，基于其雄厚的技术储备和优势，谋求在制造技术创新上取得领先突破，进而掌握制造业发展的主流技术，抢占先机，引领制造产业的变革；并通过引导其它国家的研发，控制创新制造技术的研发市场和方向。事实上，美国已经确定和将要确定的优先支持领域和方向出于其对制造业发展趋势以及信息、能源等领域对制造业的需求的判断以及美国拥有的技术储备和优势。而美国引导其它国家针对美国优势领域开展竞争的目的，一是将优势领域转变为发展主流；二是利用其它国家智力资源为其做嫁衣；三是不仅想在未来占据其他国家的产品市场，而且基于其研发实力向其他国家拓展其研发市场；四是通过吸引其它国家的研发资源 ( 智力和经费 ) ，左右其它国家的研发方向和目标。 在制造业从制造强国向发展中国家转移的大背景下，中国通过引进技术并进行消化吸收发展成为一个新兴的传统制造大国，制造业技术的竞争和变革必将对中国产生极大的冲击。中国必须积极应对新一轮制造技术竞争和革命。 首先，新一轮制造技术竞争成败的关键在于对制造业发展趋势和时机的把握。美国制定的发展框架可以借鉴，但不能盲目照搬和桎梏于该发展框架。中国的科学界和产业界应系统分析各种制造技术创新的可行性、发展前景和趋势，明确其与我国现行制造产业的冲突以及兼容和互补性，基于中国已有的技术储备和优势，制定出我国优先发展的重点和优先领域，希望通过集中优势力量和资源能够在关键领域和技术上取得领先突破，在竞争中赢得主动，打破新一轮的技术垄断和封锁。 其次，美国的一些做法值得我们借鉴： (1) 在国家的层面上构建先进制造创新网络和中心将有助于协调统一主管部门和资助机构，避免部门间的分割和壁垒以及资助的分散和重复，有助于创新网络设计和研发目标的整体规划和顶层设计以及制定发展路线图，能够充分积聚整合高校、科研院所以及企业的优势力量和科技资源，针对明确的研发目标协同攻关。目前，我国制造业企业研发能力相对薄弱，依托高校或科研院所构建国家产学研结合协同创新中心可能是一个合适的选择。 (2) 资助创建政产学研结合的研发中心而非项目，有助于研究的稳定和可持续性，以及研究成果的完整性及其及时转化，有助于在竞争中抢占先机。 (3) 促进科技和教育的有效结合，这将有利于优势团队和年轻科技人员的培养。 (4) 通过优惠税收和其它商业政策的保障，促进研发成果的转化、新型科技创新企业孵化以及研发中心的可持续发展，创造有利于创新的良好环境。 (5) 企业的配套投资应该成为企业作为中心合作伙伴或承担国家研发项目的前提。 第三，加强知识产权的管理：一是加强知识产权的保护，掌握并拥有核心技术是此次制造技术创新竞争成败的关键，而申请专利特别是国际专利对知识产权进行保护又是掌握并拥有核心技术的关键。二是推进技术的转移和价值实现，一方面是中心利用拥有的专利孵化新兴企业或由参与的企业伙伴进行转化；另一方面是建立国家创新技术促进中心，对国家计划产生的知识产权进行管理，并促进其转化。三是明确国家计划产生的知识产权收益的分配原则，这样既能保护研发者的利益，也能保护国家的利益，同时能够促进知识产权的保护和转化。四是建立国家计划形成的知识产权报告制度，对于承担国家计划所产生的知识产权，承担单位应向计划主管部门提供知识产权年度报告，汇报所拥有知识产权管理情况，包括知识产权申请和维持、知识产权转化和收益等。五是将知识产权转化和收益作为国家科技计划项目后评估的指标。 Report to the president on ensuring American leadership in advancedmanufacturing. http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast-advanced-manufacturing-june2011.pdf National Network For Manufacturing Innovation: a Preliminary Design.http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/nstc_nnmi_prelim_design_final.pdf Designing a National Network for Manufacturing Innovation. http://www.nist.gov/director/ocla/upload/NNMI-Update-May-24-2012_fin.pdf

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4D打印是科学术语还是商业炒作

热度 1 mohsh 2013-11-9 15:21

3D 打印技术的喧闹还没有结束，4D打印就开始粉墨登场了。无论是物理上的空间维度还是数学上的维度，维度之间都是满足坐标变换的对称性和等价性的。爱因斯坦也正是基于在数学上建立了时间和空间的对称性和等价性，才提出4D时空的概念。4D打印根本无法满足维度间的对称性和等价性，在这个意义上，它根本不是一个科学的概念，而纯粹是一种炒作。实际上，即便是3D打印在概念上也不太严谨，因为其第三个维度是单向的，与其它两个维度根本不对称和等价，充其量也仅是准3D打印。 另外，目前所谓的4D打印技术所涉及的技术是对材料形状转变的预设，这种预设基于设定的条件，在真正意义上还谈不上是随环境而自组织和自转变，也不具备自学习和自进化的功能，因此也还谈不上到智能阶段。但尽管如此，我不否认这是一个创新的思想和技术，有可能在部分加工领域具有发展前景。但这种技术与目前所谓的3D技术是一种并行而不同类型的技术，并不是3D打印技术的升级。非得将其命名为4D打印技术，只能是想借3D打印这个东风，反而凸显了对这项技术的不自信。

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"大飞机零件3D打印造 难取代工业生产"读后感

热度 3 mpmhpu 2013-11-7 13:16

我本人因为从事机械制造方面的教学与科研工作，对3D打印技术特别关注。看看近两年国内外漫天飞舞地宣传和造势，总是不解。当然，其中的一个主要原因或许是为“Money。3D打印技术的原理注定了它存在难以克服的不足和应用的局限性。还好，看到了王教授的观点， 我非常激动，说明我们国家该领域的大家是冷静的。希望3D技术不要再成为下一个“光伏”。 附新闻（来源于凤凰网） 11月4日上午，广东省科协主办的第十一届广东省科协学术活动周开幕，中国激光增材制造（俗称3D打印）领域带头人、国家技术发明一等奖获得者王华明教授首次透露，国产大飞机开始使用3D打印技术生产的零件。但他也认为，3D打印难取代工业生产。 “3D打印涉及的快速成型制造技术，并不是新鲜事物，在中国发展了20多年，水平已经很高。”王华明说，国内 西安 交通大学、北京航空航天大学、华中科技大学在这方面十分领先。王华明说，他的团队已经制造出世界最大的3D打印机。 目前在研制的国产大飞机C919已经在使用3D打印钛合金零件，主要用在飞机主风挡窗框、机翼和机体衔接部位。由于强度和质量控制问题，飞机的关键部件还难以使用3D打印。 他表示，3D打印技术给工业带来的真在变革的是结构设计，设计师不再被传统铸造行业的技术能力局限，可以尽情展现设计思维。在工业设计领域应用3D打印后，工业企业成本下降很多。 广东不少企业很看好3D打印进入消费市场潜力，认为其将带来生产革命。王华明并不这么看，他认为3D打印的弊端是产品的外形粗糙不精细，产品内部强度抗疲劳特性存在问题。他表示目前媒体上炒作的商业3D打印，仅仅是该项技术中最简单的非金属模型打印，并不代表该项技术发展方向。3D打印更高一层应用是在国防大工业上的高性能金属构件生产，以及生物医学支架。 他不认同很多业外人士认为的观点，即“3D打印将导致集中化的工厂被个体化、一家一户都有一台3D打印机的分布式生产取代”。目前3D打印进入家庭仅仅起到娱乐功能，其他作用不大。由于打印精度不高，即使打印人体立体石膏产品这类简单产品，都无法展现人体面部表情。其他打印的尼龙衣服、鞋子，也相当粗糙，穿着不舒服。来

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无缝天衣—— 3D打印

热度 9 x0xu0008 2013-11-3 10:27

有个成语天衣无缝，形容计划完成得好，没有纰漏。有缝的衣服不稀罕，因为需要剪裁。有史以来，几乎所有人工创造的东西，都像做衣服一样，需要剪掉些东西。我们常见的雕塑，冰灯，就是削减掉木屑，冰块等才完成的。大自然则完全不同：花草树木，飞禽走兽，都是从自然中吸收能量和物质积累起来的。鬼斧神工，浑然天成，不知细叶谁裁出，二月春风似剪刀，描述的就是大自然的别致。总之，人工与天然，一个很大的区别就是需不需要剪裁。 当然人类很聪明，我们创造了一些不用剪裁的东西，其中一个就是模具。模具的诞生，使人们可以在模具之内填充材料，这样就不用剪裁了。在制造业上，这被称为 Additive Manufacturing ，而通过剪裁的，则叫 Subtractive Manufacturing 。 有时，人们精致的心思加上灵活的双手，就构成了无形的模具，比如捏泥人。这些都是人类效法自然的例子。 不过，人类效仿自然最成功的例子，应该首推 3D printing 。 3D printing 和普通打印有什么区别呢？ 首先，电脑模板不同。普通打印需要的是能构造各种平面图形的模板，比如 word ， powerpoint ， PDF ， photoshop 等作为基础的模板； 3D 打印的设计则是以 3 维的图形为基础的。 其次，打印材料不同。普通打印的材料就是油墨；而 3D 打印的材料则多种多样，比如热塑性塑料，钛合金，石膏，光聚合物，液态树脂。这些材料的共同点是容易成型。 最后，打印时间不一样。打一个几十页的文稿可能最多也就几分钟，针式打印机花费的时间多一点，而 3D 打印则可能需要几天时间。 3D 打印有广泛的应用，任何人都可以 DIY 出自己喜欢的形状，比如汽车，首饰等等。当然只是形状，不一定具有功能上的价值。 3D 打印在哪些方面有提升空间呢？ 复杂精致的模板，能用来打印出各种巧妙的结构； 3D 打印的时间应该也可以大大缩短。然而，令人神往的是在打印材料方面的革新，比如利用生物材料打印出有功能的人类组织和器官，以及利用 DNA 小分子为材料构建出的各种形状的 DNA 结构，有可能在药物设计领域有广泛的应用，促进医疗健康领域的革命。 Three-Dimensional Structures Self-Assembledfrom DNA Bricks. Science 30 November 2012: 1177-1183.

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3D打印技术能做什么

热度 3 mohsh 2013-9-17 09:54

3D 打印技术目前非常热,大有挑起新制造技术革命的趋势。3D打印技术能够成为主流制造技术吗,下文是本人的一些看法。 1. 3D 打印技术是新技术和新需求吗？ 3D 打印技术不是一项新技术，因其可精确成型和一次材料利用率非常高的优势，曾经是一项寄予期望的复杂构件一体化制造技术。但受制于该技术难于保证结构性能，该技术在需求上没有得到进一步发展。但该技术的研究没有间断。而目前，3D打印热潮并不是基于该技术取得突破的基础上产生的，更多是3D打印技术概念上的新颖性。因此，3D打印技术并不是一项新技术，而且也并没有形成对其的新需求。 2. 我们需要3D技术做什么？ 理论上讲,3D打印技术似乎可以为我们做很多东西,但仔细分析一下,基于技术和经济的角度,实际上3D打印能够为我们做的又非常有限。除了传统的激光快速成型外，其非批量化生产、加工周期长以及高成本的特点，可能局限于一些具有复杂结构而又需要整体加工的构件上，以及一些结构成型设计上。 3. 制约3D打印的关键技术 3D 打印是一项集成技术，主要包括：材料成性控制技术、材料粉末加工技术、非均匀喷射控制技术、计算机辅助设计技术、高精度定位和运动控制技术等。而材料成性控制技术、材料粉末加工技术、非均匀喷射控制技术是控制3D打印技术实用的关键，而其中又以材料成性控制技术最为关键。这些技术虽然在部分材料上有所突破，并总体上还是制约3D打印发展的瓶颈，而这些瓶颈也决定了3D打印只有向高端发展才能有出路。 4. 3D 打印装备能成为大众化产品吗？ 3D 打印不仅是可以进行个性化设计和制造的技术，高端3D打印装备本身也是一种个性化产品，它必须基于所加工的材料以及产品进行个性化设计。局限于高端打印装备狭窄的应用范围，决定了高端3D打印装备是研发型产品，而不可能是可工业化生产的产品。 对于成性和成型要求不高的低端3D打印装备虽然已经实现，但其一般需要粉末原料并具有加热、熔融和喷射过程，会向环境中散发气味和微粒，如果加工的材料是聚合物，还很可能向环境中散发有毒气体。这决定它不可能成为大众化产品，而仅可能专用于结构形状设计。 最后，这是一个3D打印的个性化茶杯，它很独特和美观，但可能漏水、也可能存在有毒物质并很容易碎，它可能不断产生毒气并向空气中散发颗粒，请用吧，不过千万不要碰杯哟！

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CA+3D?

vcitym 2013-7-4 22:24

如果将Wolfram的元胞自动机和现在的3D打印机结合会是一个什么样子？ Wolfram的CA简直无所不能模拟，3D新技术则能即时呈现，二者结合应该打印出世界上很多“奇花异草”。

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3D打印能做的10件事

tansuozhoukan 2013-6-18 10:42

  1.产品原型 产品研发中的原型设计是目前应用快速成型技术最多的领域。利用这种技术可以很方便地制造出产品原型，供技术人员用来外观研讨或测试之用。这就比传统的外发制作原型的办法省了不少时间与金钱，也保密和方便了很多。 2.艺术品 3D印刷能够创作出许多令人惊叹的艺术作品。这些作品如果用常规方法创作，要么十分困难，要么费时费力，在这一领域三维打印就显现出优势。目前各国艺术家利用该技术创作出各种复杂的中小型雕塑作品或用于原比例缩小后的概念模型展示。 3.精密零部件验证 在零件制造行业，这项技术正在逐步取代传统制造技术。某些高强度或特用材料制造出的发动机零件可用于常规模拟测试，精确和一次成型对于很多精密零件的初期审核来说无比重要，3D打印技术恰好能满足这些高精度、材料模拟等专业需求并提高制造速度与保密性。 4.家庭装饰 如今家庭装饰都讲求个性与人性化，追求感官愉悦，这就给了3D打印技术发挥的空间。欧美现已有多家公司提供利用快速成型设备制作个性装饰的服务，包括像我们熟悉的瑞典“宜家”开发总部。 5.建筑模型 建筑模型的传统制作方式渐渐无法满足高端设计项目的全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准，现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用快速成型先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试，该类设备所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。 6.医疗手术与牙科 利用3D打印机制作的膝关节手术植入体，能很好地与病人原有的组织模拟结合进行手术。3D打印技术的诞生，在手术前关节或牙科导板、人体结构模型等方面发挥着极大的作用。 7.人偶玩具 很多追星族和动漫迷都喜欢收集明星人偶和动漫手板。用传统方法制作的人偶玩具由于工序复杂，导致价格昂贵，让普通人难以承受。现在市场上推出的利用3D打印机来快速成型的方式，改变了这一过程，只需要绘制出动漫效果图，粉丝发送到制作机构，数小时或当天就可以在家收到喜欢的人偶手板。 8.犯罪现场重建 不是所有的警察都会有福尔摩斯那样强大的推理能力，碰到错综复杂的案情，他们经常要重建犯罪现场来帮助推理。想很快地把现场海量的物品，如椅子、沙发、台灯等复原出来，最简单的办法不是用沙盘，而是用3D打印机。在美剧《犯罪现场调查》（CSI）中，3D打印技术已经派上了用场，在真实的案情侦测中也能见到这项技术的应用。 9.珠宝 珠宝商是最早“试吃”3D打印技术这只“螃蟹”的先锋之一。他们将这种技术引入到了珠宝制作中去，简单地说就是“石蜡变珠宝”。在一种被称为“熔模铸造”的工艺里，技术人员用3D打印机将石蜡“打印”出想要的饰品形状。用石膏在石蜡模具周围加固，然后把熔融的金属倒进模具里，石蜡就会熔化掉，熔融的金属凝固，变成想要形状。最后经过打磨和抛光，一件精美的首饰就完成了。 10.医疗器械 3D印刷能做花哨的东西，也能做实用的东西，这些东西甚至能拯救生命。在进行复杂的手术前，外科医生已经开始利用3D打印机“打印”身体部位以供参考。3D打印机也能够在医疗设备或专业辅助器械的开发中，发挥特殊材料（通过严格医疗材质认证的部分打印材料）的专业用途。 《中国科学报》 (2012-11-03 B1 探索周刊)

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3D打印将撼动全球制造业

热度 1 tansuozhoukan 2013-6-18 10:24

■本报记者 童岱 3D打印技术虽在国内还未普及，但产业链正在形成，中国3D打印技术产业联盟前不久也在北京成立。近期的英国《经济学人》杂志，还给3D打印技术扣上了“第三次工业革命重要标志”的帽子。 实地探访3D打印制造 美国科幻作家罗伯特·希克利在其小说《万能制造机》中描述的诸多细节就好像现在的3D打印机。或许他未曾想到，现在还真出现了类似的机器。 10月24日，记者走进位于DRC北京工业设计创意产业基地的一家3D打印服务中心，墙壁的一侧摆放着用石膏、塑料或树脂打印出来的动漫人物、立体人像工艺品以及像扳手这样的模具。而房间的另一端，一台3D打印机正在塑造“翅膀”的零部件，将被拼装在一个凤凰模样的工艺品上。 这台机器的成型仓温度高达310℃，密闭盒内的丝状塑料依电脑程序路径指引，通过高温热熔喷头在一个可升降平台上像作画高手一般，层层喷涂、堆叠，由点堆积成面，由面堆积成实体，最终固化成型。24小时之后，尺寸同为长15mm、宽10mm、高100mm的十多个零部件喷涂完成。 亚洲制造业协会首席执行官、中国3D打印技术产业联盟副理事长罗军告诉《中国科学报》记者，3D打印技术的学术名称为快速成型技术，也称为增材制造技术，诞生于上世纪80年代。美国斯川塔斯（Stratasys）公司在1992年卖出了第一台商用3D打印机。这项技术应用计算机软件，设计出三维立体的加工样式，然后通过3D打印机，用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出立体的产品。 之所以使用“打印”一词，其原理与传统打印机是相似的，都通过电脑操作完成。但本质不同，传统打印机里面装的是墨粉，而3D打印机里面则是一个庞大的材料系统。这个系统里面是根据产品需要而配备各种材料，包括光敏树脂、塑料、尼龙，甚至是金属。 经营上述3D打印服务中心的是北京上拓科技有限公司。当然，如果你想依据自己的面貌和身材打造一个立体玩偶，在这里也可以实现。 该公司技术部经理侯贺杰说，像这种定制化的服务模式在欧美国家已非常流行，人们能自己设计三维图样，或是委托相关3D打印公司，或是通过在线3D打印服务网站，为自己或他人定制物件。 效率为王省钱省时间 相比传统制造，3D打印有其独特的优势。 侯贺杰所在的技术团队曾为客户制作了一件结构复杂的3D打印模具，尺寸为长288mm、宽153mm、高67mm，使用的是熔融挤压堆积成型工艺（简称FDM）打印制作，耗费时间约为40小时，花费3000元，如果同样的模具采用传统制造方法，需要耗费30天左右的时间，花费在10000元左右。 对比可以看出，3D打印在时间和费用上都比传统模具更占优势，在用于新产品的验证开发上，可以很大程度地节省项目的时间和费用。 华中科技大学材料科学与工程学院副院长、中国3D打印技术产业联盟第一副理事长史玉升，长期从事快速制造的教学和科研工作。他在接受《中国科学报》记者采访时表示，通俗点说，过去的传统制造方法，比如采用模具，把金属或塑料熔化后灌进去，从而得出零件，这对复杂的零部件加工而言非常困难。这种时候，3D打印的技术优势就能凸显出来。 美国通用电气公司向史玉升团队定制过一款零件，是钨镍材料制造0.1毫米壁厚的网格结构金属零件，两片手机芯片大小的立体空间拥有多达156个微细网格。 3D打印机激发了人们的想象力。工程师们可以用其打印模具，“极客”牙医可用它来打印假牙，汽车维修公司可以用其来打印稀缺的汽车零部件，而不是忍受全球物流的烦琐和时间消耗。另外像捷豹、路虎等汽车生产商，其所用环氧树脂基复合材料所制部件中已有超过三分之一通过3D 打印机生产。 今年7月，美国宇航局（NASA）在地球上进行低重力抛物线飞行过程中，测试了3D打印机。或许宇航员们以后能用3D打印机来制造发射时遗漏的设备或物品。 重塑全球制造业竞争格局 据美国沃勒斯同仁咨询公司数据，2011年全球3D打印产品与服务的销售额为17亿美元，到2019年，该行业的收入将达69亿美元，其中零部件制造将占80%。 尽管如此，3D打印机在中国企业界的装机量仅在400台以上，而美国则拥有3000台以上，并且每年的增幅都非常明显。 这几年以来，北美和欧洲的3D打印市场正在急剧增长。从3D巨头美国斯川塔斯公司去年的财务报告可以看到，其80%的收入来源于欧美市场。 3D打印现在虽然还没完善到直接造出汽车和iPhone的程度，但对于制造某些汽车配件和特别定制的手机零部件已非难事。正是因为其制造过程多是以数字化的方式表达，使得人们可以用更少的人力成本，去灵活地生产少量产品。而这一点对于欧美国家而言，是一个福音。但对于我国来说，这或许将给制造业带来一定的冲击。 在史玉升看来，3D打印在全球范围内都尚处于起步阶段，但这不妨碍这项技术迅速转变成为全球先进制造的一个新动向，这已发展成为一种“战略技术”。 在飞机、核电和火电等行业所使用的重型机械、高端精密机械装备上，传统的焊接和零部件加固的方法，使得部件之间的连接非常费工，而且牢固性还有待提高。但若使用3D打印技术，无缝连接是其最大亮点之一，结构之间的稳固性和连接强度将得到很大的提升。 “如果我们还不重视3D打印，这项技术在重塑全球制造业竞争格局的时候，我国将跟在别人的身后跑，但这块市场不能丢。”罗军说。 不是颠覆是改造 现在打开网页搜索“3D打印”，不是“颠覆制造业的革命”，就是“3D打印将取代制造业”。就目前的发展趋势来看，3D打印技术不仅不会取代制造业，相反会为传统制造业的改造和提升提供更好的思路，并使得传统制造业更好地调整产业结构和方向。3D打印技术的突破，或许将使工厂彻底告别车床、钻头、制模机等传统工具，改由更加灵巧和精准的电脑软件主宰。 国务院发展研究中心产业经济部研究员王忠宏近期也撰文指出，在我国已掌握的3D打印技术中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造。另外，生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。 北京航空航天大学材料科学与工程学院教授王华明及其团队，同我国主要飞机设计研究所一起合作，通过3D打印技术，已研制生产了我国飞机装备中迄今尺寸最大、结构最复杂的钛合金及超高强度钢等高性能关键整体构件，并在大型客机C919等飞机研制生产中得到应用，大幅度缩短了周期和成本。 罗军认为，过去工业化最大的成就就是通过机械化，实现了规模化大生产。而我们今天的3D打印技术，则可能将这种生产单位演变为若干个体，新的生产方式或许将使传统的生产制造业面临一次长时间的“洗牌”。 然而，在我国已启动的各类重大科技专项、“973”计划、“863”计划、科技支撑计划中，尚未将快速制造技术（3D打印技术）列为重点发展领域。 国外的脚步已经迈开，美国总统奥巴马今年3月份提议，投资10亿美元建立由15家制造业创新研究所组成的全美制造业创新网络，以带动制造业创新和增长。这项计划的第一步在今年8月已开始实施，便是在俄亥俄州的扬斯敦建立研发3D打印技术的创新研究所。 不敢“吃螃蟹”的缘由 虽然3D打印机的效率和对产品质量的精准控制很有优势，但我国敢于“吃螃蟹”的企业非常少。一方面是人们对于3D打印的概念还很陌生，另一方面在于3D打印机本身的价格也比较昂贵，比如前文提到的制作“凤凰翅膀”的3D打印机，是美国斯川塔斯公司出品的，价格在200 万元左右，同类的国产机型，价格也在100万元以上。 罗军表示，目前国内，北京航空航天大学、华中科技大学等高校以及为数不多的几家企业在3D打印技术方面具有较强的研发能力，但此前的状态是各自为政，缺乏宏观规划和引导。 现在成立了中国3D打印技术产业联盟，目的就在于希望引导这一新兴产业与传统产业有机结合起来，促进“产学研一体化”，有一个系统的共同推进动力，同时也让更多人了解这项新技术。 “3D打印发展的瓶颈之一在于材料的局限性。”中科院化学研究所研究员、新材料实验室主任宋延林对《中国科学报》记者表示，现在真正利用在工业制造领域的3D打印产品还非常有限，更多的是用来做模型、模具来减化生产环节。而在民用方面，3D打印更像是工艺品的一种制造方法，实用性也非常有限。一种靠谱的、适合3D打印的材料应该具备使用的方便性、成本的可控性、性能的可靠性这三个特性。 在他看来，依据材料科学的发展规律，3D打印材料需求的丰富性可能还需要10年左右，才能突破现在的瓶颈，产生一次变革，那个时候的3D打印将极大地丰富制造业，甚至让每个拥有3D打印机的人都能随心所欲地DIY自己的小物件。 3D打印技术的发展，依托于信息技术、精密机械以及材料科学等多学科的尖端技术。罗军认为，我国目前的软肋在于自动化控制系统方面与国外相比还有较大的差距，运行稳定性有待提高。 这项新兴技术最终会发展到什么程度，虽然现在无法下定论，但它提供了一个实现想法的渠道，只要你将创意输入电脑，再来一台3D打印机，就可以按照自己的方式为世界添点“料”。 《中国科学报》 (2012-11-03 B1 探索周刊)

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[转载]决战大数据时代：中国必重返世界之巅

热度 1 sheep021 2013-6-12 15:39

决战大数据时代：中国必重返世界之巅 近日，中国科技界再传捷报：中国国防科技大学研制的天河 2 号巨型计算机的初次测试结果显示，它有可能在定于本月晚些时候公布的最新一期全球超级计算机 500 强排行榜上位列第一。据国防大学的科研人员介绍，天河 2 号理论上的性能峰值是每秒运算 54.9 千万亿次；在 Linpack 标准测试中可达到 30.65 千万亿次，相比之下，美国的“泰坦”可达到 17.59 千万亿次。 对于美国能否重夺第一位置，美国超级计算机专家西蒙 (Horst Simon) 说，美国能够挑战天河 2 号的下一台超级计算机预计到 2015 年才会出现。西蒙说，如果有人觉得中国人研究超级计算机只是噱头，这台计算机可以证明他们错了。 超级巨型计算机干什么？青衫老祖可以给出的最简单的答案就是俩字：模拟。模拟宇宙大爆炸、模拟核爆。“模拟”二字，形象的反映了巨型计算机惊人的计算能力。天河二号的计算能力有多大？ 55 台每秒运算 1000 万亿次的超级计算机同时计算，能力有多大？青衫老祖只能说：它就这么大 ! 更不可思议的是，还有比这更大的在后边，那就是量子计算机。在这方面，中国科研人员已经取得重大突破，由中国科技大学潘建伟院士主持的量子光学和量子团队的陆朝阳、刘乃乐研究小组，在国际上首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的上演，其 10 秒钟的工作量相当于目前最快的超级计算机的上百年的工作量。由此决定，中 国量子科学（计算与通讯）与激光科学（粉碎、切割与动力）、三 D 打印一道，居于世界领先地位。 由此，青衫老祖想起中国另一项领先世界的科技成果：激光三 D 打印技术。超级巨型计算机 + 三 D 激光打印技术 = ？ = 中国决战大数据时代，重返世界之巅！ “大数据时代”是什么时代？从中国的发展前景看，主要体现为三个大数据，即：大数据工业、大数据国防、大数据社会。 （一）大数据工业。 天河 2 号无疑可以进行任何精密、复杂设计。在完成设计的同时，还可以通过仿真计算，模拟各种复杂环境，对设计进行验证、完善。在达到满意效果后，进行三 D 转换，直接输入三 D 打印生产线，生产出最终产品。这将是一个什么时代？青衫老祖认为，这将是一个摆脱磨具约束的时代，是个随意生产能够想象的任何产品的时代，因此，被西方称之为“第三次工业革命”时代。 值得自豪的是，中国拥有领先全球的三 D 激光打进技术，是唯一将三 D 打印应用于工业生产的国家。中国的三 D 打印技术不只一种方式，既有目前已经应用于歼 15 、 31 等先进战机的增材式三 D 打印，打印面积最大可达 18 平方米；又有“轮廓失效”式切割打印。日前， 由大连理工大学与大连优利特科技发展有限公司共同研发的最大加工尺寸达 1.8 米 的激光 3D 打印机 已进入调试阶段。这是目前世界上最大的激光 3D 打印机，可以制作大型工业样件及结构复杂的铸造模具。由于其采用了“轮廓线扫描”的独特技术路线，比其他激光 3D 打印机加工时间缩短 35% ，制造成本降低 40% 。 激光三 D 打印，为中国实现工业领域的弯道跨越开辟了光辉前景。为中国建立起大数据工业奠定了基础。 （二）大数据国防。 超级巨型计算机可以指挥对重要装备的三 D 打印，比如航天器部件、歼击机部件等，也可以建立起完善的军事数据库和数据链接系统。通过天河 2 号，中国完全可以把海陆空天网能各系作战力量整合在一个数据体系当中，实行“全数据化单元、全数据化作战”。 ——航母数据化作战群。以航母为旗舰，导弹驱逐舰（中华神盾）、护卫舰、直升机航母、两栖登陆船坞、潜艇（攻击性核潜、战略性核潜）、预警机、歼击机、直升机、无人机等作战单元为节点，形成数据链体系，实现灵活反应、就近攻击、精确打击、体系防御。 ——数据化作战机群。由预警机为中枢，以歼击机、歼轰机、强击机、轰炸机、无人机为节点，实行体系性远程精确打击。一架歼 20 ，也可依靠数据链形成以无人机（比如利剑）为僚机的小型作战集群。 ——数据化太空作战群。以空间站为旗舰，以各型卫星、留轨舱、航天器、卫星干扰器（猎手）、激光和导弹、动能武器单元等为节点，形成对太空、对地精确打击。 青衫老祖相信，中国空间站将配备三 D 打印机，实现太空器具的太空生产。而量子通讯技术的突破，将使数据化国防更快捷和安全。 （三）大数据社会。 社会单元的每个环节都将数据化。我们每个人都将拥有一个与大数据对接的局域数据网。这个网上有我们的手机、计算机、家用电器、汽车、机器人等各个节点，我们要车，我们车就在数据的指引下自动开到我们面前；我们要做饭，我们的机器人会按照我们的要求承担起烹饪任务；我们要处理文件，计算机会按照我们的要求进行数据加工并将结果传入我们的手机。 什么移动网、物联网、互联网、车联网、云计算，青衫老祖断定最终都将融合成一个网：大数据网。 我们每个家庭甚至都将拥有一台家用三 D 激光打印机供孩子把玩。孩子可以驰骋想象的翅膀，随意打印任何自己所喜欢的玩具。由此，中国人民的创意和想象力将大幅度提升。 这样的时代值得憧憬吧！显然值得。关键是， 由于中国拥有了天河 1 号、 2 号以及将来的 3 号、 4 号，拥有了三 D 激光打印技术，这样的憧憬完全可以成为现实。中国由此也有了重返世界之巅的科学机会。 中国务必抓住这个机会！中国也一定能够抓住这个机会！

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哈哈，学习了下3D打印！

热度 7 xcfcn 2013-5-25 22:18

王飞跃一直鼓吹3D打印，我就一直没搞明白。最后还是度娘让我搞明白了3D打印到底是怎么回事。 3D打印让我想起了（冷）等离子体技术，我们搞等离子体的人都会忽悠说等离子体怎么怎么好，甚至可以改良种子、提高催化活性、表面改性、消毒等等，几乎等离子体无所不能。别人就质疑，等离子体是狗屁膏药啊？ 所以无所不能其实就是无能，不符合社会分工/物种分化的这个浩浩荡荡的趋势。 至于3D打印的未来怎么样，我作为外行还是不说话为好！我从化学的角度来看，觉得大概成本是个问题，毕竟要把颗粒的东西组装起来不是那么容易的事情，化学合成好像最近也有一个很热的什么“点击”合成，我想人类还不是上帝。我表示谨慎乐观。 但是这个玩意主要还是技术集成，没啥科学含量。技术的东西还是市场才有发言权，就是奥巴马起哄也是没用的。

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闲话3D打印

热度 8 boxcar 2013-5-25 18:37

最近， 3D 打印火了！ 记得去年我曾经看刘洋博友的博文里推崇过 3D 打印，还曾在会展中心的展会上看到过有公司在现场演示 3D 打印（是个教具级别的设备）。刚才，又看到科学网的“飞跃之王”——王飞跃老师的博文“ 3D 打印和社会制造：历史与未来 ”【 1 】，把 3D 打印这项新技术定位到了一个很高的战略地位。 3D 打印当下是如此之火，前途和钱途是那样的光明，自然也把俺的目光从花草虫鸟上吸引了回来，决定写一篇有字没照片的博文，闲话一番我个人对 3D 打印的看法。 我在阅读王飞跃老师博文时，注意到了其中的一句话“目前都是走向加式制造的主要途径和工具”。在我这个机械制造的外行看来，“加式制造”，或许还真是 3D 打印的一个很大的优点。以我所具有的有限的加工知识，用以往的加工技术在制造一个产品，似乎总免不了对原料或者毛坯的切削和琢磨，这显然是在算减法，换句话说，原料中的相当一部分必然要变成没用的“下脚料”，这无疑是一种浪费。相比之下， 3D 打印这种“加式制造”的优势在于把原料堆砌起来构成产品，从理论上看似乎可以做到除正常利用之外再无额外的原料消耗。显然，如果原材料的十分昂贵或稀少， 3D 打印的优势会更加明显。 或许我们会说，像铸造之类的工艺，精确计算原料用量后不是也没啥过多的浪费么？但铸造也还要先有个模具，何况做形状越复杂的东西，铸造过程中碰到的麻烦事儿也就越多。 3D 打印则可以完全依靠在电脑中的数据和必要的原料就可以去做形状很复杂的产品了，再无需真实的模具来约束流动的原料。这很省事儿，也很有效率。 3D 打印其实并不如何的神秘，我们在蛋糕店看蛋糕师傅往烘焙好的蛋糕上挤奶油写“生日快乐”、做浮雕形式的寿桃或者生肖模型啥的，其实就是人脑控制下的 3D 打印。如果说蛋糕师傅这个还是门手艺，离咱老百姓也挺远的，我可以再举一个“话糙理不糙”、可以发生在每个人身上的“恶心”例子：人蹲在地上大便，其实也算得上是是一种“ 3D 打印”。 当然， 3D 打印的原理不神秘或者简单，并不意味着技术本身就简单。至少在我看来，精确地实现打印喷头的运动和成型物料的流动以及让所用的各种原料从流动状态转变为成型后固定状态的控制，就绝对不是件很容易的事儿。如果说咱中国在这项新技术的开发和使用中必然会经历一个落后追赶的阶段，恐怕就和相关的机械、控制和材料方面相对薄弱的基础有关。其实岂止是 3D 打印，任何新技术都不是“空中楼阁”，也不能只要高楼的最顶层，总要有些必要的技术积累，也总要有些关键技术要攻关。 不过，尽管 3D 打印有很多优点，但它是否能完全取代目前的各种加工技术、很快在制造业中唱主角，从而得到“量大面广”的应用，我看还未必。原因很简单，尽管 3D 打印从出图到出产品的过程堪称“闪地”那般地快，在制造上可以无需再集中在一个大工厂中进行而实现“散地”生产，但如果需要很大的产品量， 3D 打印的速度似乎还嫌慢，尺度和规模可能也太小，所以即使单件甚至小批量的定制加工十分可行，也不意味着大批量生产就能行得通。 3D 打印作为一个新概念炒作一段时间，拉动一些投资肯定没问题，但让它马上走进我们的生活，在我们身边每一个消费品中都起到主导作用，目前肯定还有难度。 参考 【1】 王飞跃： 3D 打印和社会制造：历史与未来 http://blog.sciencenet.cn/blog-2374-693314.html 本文将在《中国科学报》发表。【2013-05-28】

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3D打印和社会制造：历史与未来

热度 65 王飞跃 2013-5-25 11:16

2012 年底，我与同事赴美考察了十余个 3D 打印和社会制造的相关公司，亲身经历使我深感要精确地把握这一新兴行业的现状与随之即来的发展是一项困难的任务。因此，这里我只能回顾历史，展望未来，抛砖引玉。 二百多年前，瓦特发明了蒸汽机，拉开了近代工业革命的序幕。实际上，瓦特只是改进了蒸汽机的设计；在他之前，其他的工程师和科学家都曾制出过各种工业蒸汽机，最早甚至可以追溯到公元一世纪古希腊数学家希罗（ Hero of Alexandria ）发明的气转球。 回顾历史，蒸汽机的真正作用其实不在于一种省力的机器，而是在于使机械动力驱动成为主流的社会理念和主要的开发手段。正是这一理念，使人类社会真正地从以开发地表资源为主的农业社会，一步跨入了以开发地下资源为特征的工业社会。 二十年前， MIT 的三位研究生萌生了利用普通打印机进行 3D 打印的想法。今天，许多人认为 3D 打印机能像二百年前的蒸汽机一样，引发甚至其本身就是第三次工业革命。其实， 3D 打印与之前的快速成型、快速制造技术一脉相承，目前都是走向加式制造的主要途径和工具，其思想可回溯到一百多年前法国的照相雕塑（ Photosculpture ）和美国的地貌成形（ Topography ）等专利技术，甚至回追到远古时代的房舍构建技术。 然而，正如蒸汽机促成第一次工业革命是通过引发人类理念的变革而完成的， 3D 打印机要促生新的产业革命，也必须通过诱发新的人类理念转化来实现。问题是：新的理念是什么？ 我们认为，这一新的理念如果不直接是社会制造，也一定与社会制造直接相关。社会制造将使得传统的企业转变为能够主动感知并且响应用户大规模定制需求的智能企业，其核心就是主动、实时地将社会需求与社会制造能力有机地衔接起来，从而有效地实现需求和供应之间的相互转化。为此，我们必须把社会搜索、社会计算、社会制造等相关的新兴领域有机地结合起来，将互联网、物联网和物流网与 3D 打印机组成的社会制造网无缝地连接，通过众包等方式使社会民众充分参与产品的全生命制造过程，促成个性化、实时化、经济化的生产和消费模式，形成新的产业革命。 正如 Google 依靠大规模的计算机服务器阵列满足人们信息搜索的需求，从而改变人类生活与工作方式一样，我们可以设想未来的 3D 打印机组成大规模的社会制造阵列，实时方便地满足人类对各种个性化产品的物质需求，使生活和产业中的“长尾效应”常态化，进而更加深刻地改变我们生活的社会；这就是为什么 3D 打印将改变我们的世界，这就是为什么社会制造将带来一场产业革命的真正原因。 具体而言， 3D 打印技术可使生产制造从大型、复杂、昂贵的传统工业过程中分离出来，凡是能接上电源的任何计算机都能够成为灵巧的生产工厂；人类将以新的方式合作进行生产制造，制造过程与管理模式将发生深刻变革，目前的制造格局必将被打破。显然，作为今日世界的制造大国之中国将面临严峻的挑战，西方媒体甚至直白地宣称：“天将变了”，“未来的制造业将再次回流到先进发达国家”，“美国制造，出口中国”的新时代即将来临！就连美国总统奥巴马也在上月的国情咨询讲话里特别地强调 3D 打印技术，全国上下将其视为拯救美国制造业的希望之光。 我们认为，与信息行业的发展历程相比较，快速成型相当于上世纪 60 年代的专用和大型计算机，而 3D 打印机则是上世纪 70 年代的个人 PC 和苹果台型计算机。令人担心的是，我们在这一新兴领域目前所处的地位，差不多就是半个世纪前我国在世界信息行业所处的地位！ 显然，我们必须尽快补上 3D 打印这一课，但我们切不可忘记信息行业在个人计算机出现之后浪潮般的发展进程： Microsoft 的快速崛起，还有随之而来的 Oracle ， Yahoo ， Amazon ， eBay ， Google ， Facebook ， Twitter ，国内的百度、阿里巴巴、 QQ 和微博等等。以目前的情况判断， 3D 打印机的核心价值必将展现于社会制造的发展与成熟。社会制造对于制造行业而言，就是信息行业中从 Microsoft 至 Amazon 再到 Google 和 Twitter 的一体化合成，可视为虚拟网络世界与真实物理世界的首次完美结合。因此，在关于 3D 打印机之大量媒体渲染的背后，社会制造才应当是我们关注的要点，否则，我们可能错失良机，一误再误，代价将难以估量。 在社会制造的环境中，消费者与企业通过网络世界能够随时随地参加到生产流程之中，社会需求与社会生产能力将实时有效地结合在一起，“想法到产品（ Mind to Product ）”，“需求就是搜索，搜索就是制造，制造就是消费”将成为现实。最终意味着生活和产业中的“长尾效应”之常态化。因此，社会制造必将极大地刺激社会需求，同时有效地提升整个社会的参与程度，其直接结果就是社会就业率的大幅度提高。而且，加速发展社会制造产业，不但能够解除我国长期在模具和材料工业落后受制于人的不利局面，还可以使我国蓬勃发展的社会媒体和网络文化得到进一步的升华，使其成为促进社会经济科学发展的有力工具：从被动到主动，从消极到积极。一言蔽之，社会制造对于提高我国制造业的竞争力、加速产业升级和转型、扩大社会内需、繁荣国家经济，具有至关重要的战略意义。 希望像蒸汽机一样， 3D 打印机能够通过社会制造的理念和实践，使人类社会再一次从以开发地下资源为主的工业社会，一步跃入以开发“地上”数据和智力资源为特征的“智业”社会，充分发挥人类共同的智力，使数据真正地成为驱动和支撑大数据时代社会发展的“石油”和“黄金”矿藏。 参考文献： 王飞跃， 从社会计算到社会制造：一场即将来临的产业革命，中国科学院院刊，第 27 卷，第 6 期， 658-669 页， 2012 年。 本文发表在2013年第9卷第4期的《高科技与产业化》杂志37-38页

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国内外3D打印快速成型技术的专利情报分析

热度 2 terahertz 2013-5-14 20:56

( 本文发表在《情报杂志》2013年第6期 ) 国内外 3D 打印快速成型技术的专利情报分析 刘红光，杨倩， 刘桂锋，刘琼 摘要 : 运用专利情报分析方法，对国内外 3D 打印快速成型技术的专利申请趋势、区域分布、主要专利权人、 IPC 等因素进行分析，并重点通过专利组合、专利权人合作、 IPC 关联、专利地图等方法深入剖析 3D 打印快速成型技术的重要专利权人及专利影响力、识别该领域核心技术及技术空白点、重点技术发展趋势及开发应用情况，以期为我国 3D 打印产业的未来发展提供有用的竞争情报。 关键词 : 3D 打印；快速成型；专利分析；专利地图；专利组合

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[转载]史泰博开卖3D打印机 打印速度慢价格高步骤繁琐

ledlau 2013-5-8 09:43

腾讯数码讯 （编译：唐马克）近日，根据国外媒体的报道，Cube 3D打印机正式在史泰博开卖。不过，对普通消费者来说，目前购买3D打印机的意义并不大。 转播到腾讯微博 日前，由Cubify公司生产的Cube 3D打印机正式在著名办公用品零售商史泰博（Staples）开卖。虽然现在人们可以通过越来越多的途径买到3D打印机，但你有没有想过，普通消费者真的需要一台3D打印机吗？ 3D打印机通过加热式喷嘴熔化塑胶材料，然后按照事先建好的3D模型逐层堆积，等到材料凝固后用户就可以得到他们需要的实物了。从某种意义上讲，如果材料强度足够的大的话，那么3D打印机能制造出几乎所有我们想要的东西，比如说一把枪或者一辆汽车。不可否认的是，3D打印正带给传统制造业一次新的革命。有了3D打印机，游戏厂商们可以制造出实体游戏角色，艺术家可以实现他们头脑中虚无缥缈的想法，而手工爱好者也可以更容易地实现他们的新奇点子。如果你也从事类似的工作的话，那么你也许会说：我的工作室也需要一台3D打印机！ 转播到腾讯微博 不过，包括Cube 3D打印机在内，目前市面上能买到的3D打印机似乎还不适合在工作室中广泛使用。可以说，现在的3D打印机还停留在高级玩物的阶段。在被问到为什么要销售3D打印机时，一位史泰博的员工表示：“在公司设计新产品时，3D打印机可以帮助他们完成新产品的设计和测试工作，从而使他们可以把更多的精力用在市场营销上。”如果说仅仅是为了这个原因而购买3D打印机的话，这未免显得有点小题大做了。这就好比一家餐厅或许会用3D打印机来设计一个新餐具，但并不会真正让顾客使用一样毫无意义。 而且就算你购买一台3D打印机的理由足够充分，Cube 3D打印机也不应当是你的首选。PCMag.com此前曾测评过Cube 3D打印机，从他们测评的结果来看，这台3D打印机并不如人们期待的那般完美，其打印成功率甚至还不到一半。PCMag.com用Cube打印了许多诸如猫头鹰和茶杯这样的小物件，然而而仅有五件作品可以说打印得很成功，剩下的大部分都有这样那样的瑕疵，而且其中还有四件几乎是完全失败的。 目前为止3D打印机的打印耗材还仅限于ABS和PLA，而且其打印质量的好坏也在一定程度上取决于要打印的产品，有些产品打印出来的效果很棒，而有些就像表面覆盖了一层蜘蛛网一样很不美观（不过倒是有点恐怖的感觉），就像下面的这个椅子一样。 转播到腾讯微博 不仅仅是PCMag.com，著名科技网站CNET也测试了一下Cube 3D打印机。在这两家网站的测评中，他们都发提到了Cude 3D打印机的打印时间很长，基本是在两个小时左右，而且打印步骤也比较繁琐。不仅如此，Cube 3D打印机还需要在线激活才能使用，甚至还能识别非原厂打印耗材，当不使用原厂的ABS材料时，它便会罢工。 在价格方面，1300美元的售价（约合人民币8060元）对于一款玩物来说并不便宜，而且这仅仅是打印机的价格。如果使用原厂打印材料的话，一卷标准320g的ABS耗材的价格是50美元（约合人民币420元），可谓相当昂贵。 或许是受到了来自其他竞争对手的压力，史泰博如今需要想出一些新的点子来吸引消费者。而成为首家开卖3D打印机的办公用品零售商应该还是可以获得一些消费者的关注的。而在是否要购买3D打印机问题上，对于外观控和DIY发烧友来说，赶在大众之前体检3D打印的确非常酷，然而对于普通消费者来说，购买3D打印机目前仅仅是浪费金钱和时间罢了。 转载自： http://digi.tech.qq.com/a/20130508/000029.htm?pgv_ref=aio2012ptlang=2052 来源： Readwrite

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[转载]科学家认为3D打印将引领新工业革命

liyadong 2013-4-30 20:12

科学家认为3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动新的工业革命的实现。 在电脑中绘制一张三维鼠标图，然后按下“确定”键，一个实实在在的鼠标外壳就“打印”出来了。随着3D打印机的出现，上述科幻场景已经变成现实。据法国媒体4月29日报道，科学家认为3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动新工业革命的实现。 “虽然目前3D技术的应用仍然有其局限性，但我可以肯定，在未来10到20年内，3D打印将会带来一场新的技术革命。”瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)教授奥利维尔•奥尔默认为，如同蒸汽机和电报一般，3D打印机将引领新的工业革命。 据奥尔默介绍，3D打印参照的是打印机技术原理，并分层加工，即将计算机设计出的物体分解成若干层平面数据，然后把金属、陶瓷等粉末材料按平面数据烧结，形成一个平面形状，再通过层层累积叠加，生成一个立体物体。 与传统的材料加工技术不同，3D打印将多维制造变为简单的由下至上的二维叠加，从而大大降低了设计与制造的复杂度。同时，3D打印还可以制造利用传统方式无法加工的奇异结构，尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。 事实上，在美英等国，3D打印技术已有较为广泛的应用，大到飞行器、赛车，小到服装、手机壳都可3D打印。 “理论上，只要能在计算机上设计成三维图形的东西，如果材料问题解决了，都可以打印。”西蒙•琼斯供职于某国际知名科技公司，近年来一直潜心研究3D打印技术。 琼斯甚至这样畅想：将来的某一天，医生可以根据每位骨折病人的临床影像解剖特征，利用3D技术打印出定制螺丝，从而代替钉钢钉等传统疗法来加快病人的痊愈速度。“这是传统科技无法办到的事情，3D打印技术的应用将带来巨大的效益，”琼斯说，“它能把不可能变成可能！” http://discovery.163.com/13/0430/10/8TMVQ95V000125LI.html

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[转载]3D打印技术：能不能制造出活人？

热度 1 罗非 2013-3-30 16:57

今天在浏览新闻时，忽然发现 3D 打印技术已经很发达，可以用来制造枪械、小型飞机，甚至人造组织。很神奇！ 严格说来， 3D 打印不是完全源头创新的技术，而是一种“集成再创新”。因为 1D 和 2D 打印技术早就有了，而把材料粘合在一起的技术也都是其它领域发明出来的。 3D 打印只是把这些东西结合在一起，用精确的微操控技术，实现 3D 制造的目的。 这里，真正的创新，是 3D 打印的想法，或者说， 3D 成型的想法。把材料用类似喷墨打印的方式，放到指定位置，然后再让他们结合在一起。对于机械而言，就是把金属材料分子等想办法固化成一体；对于组织，则是把细胞想办法粘合到一起。如果了解了一种组织的细微结构，把相应的几种细胞和细胞间质堆放在一起，让它们自行结合。 这个办法看似很好，但用来制造真正的生物组织，很可能还存在技术上的难点。因为真正的生物组织，都不是简单地“堆”出来的，而是相应的细胞“共建”起来的。形象地说，让一百多个素不相识的人，搬迁到一座建好的大楼里，这种情况也能构成一个小区；但如果和另外一种情况相比，也就是一个世世代代就住在一起的村，村里的一百多口人同心协力，建设了一座漂亮的大楼来居住。这两种情况能一样吗？表面上看好像差不多，但真的运作起来，它的效果，人们的幸福感，肯定差别非常之大。最简单的情况，如果遇到强拆，那素不相识的一百多人，拿了赔偿费就散了。这一个村子的人呢？他们会和你拼命的。 所以，堆出来的组织，如果遇到状况，很可能一触即溃，那么那个用了这个组织的身体呢？岂不完蛋得更快了？难怪科学家说，组织制造难度超大，所以他们想用干细胞来堆一小层，让它们自己发育分化出来。 这样看来，即使将来对人体全部的组织结构都了如指掌了，也难以指望用这个办法，打印出一个活人来。因为，首先这个活人难保有生命，很可能从打印出来之日起，就是一个植物人；其次，这个打印件很可能一触即溃，随时都有可能变成一堆破碎组织，搞的满地鲜血淋漓的。所以， 3D 打印，制造非生命则可，制造有生命的东西，就困难了。 人打印不出来，其他动物肯定也不行，甚至植物很可能都不行。尽管植物本来就没有活动能力，但它至少还是从头长出来的，和那个百人小村差不多。如果完全是“捏造”出来的，大概也是一触即溃，无法发挥生命那种持久有效的功能。所以，如果打印两棵迎客松，想给府邸门口装装门面，没准儿过不了两个星期，就都变成“黄松”了。没有可持续性。 从这个角度看，西方人发明 3D 打印这类技术，就是他们贼心不死，老想自己冒充上帝，来创造生命。偏偏对生命没有透彻的认识，所以，只能扮演小鬼了。闹闹鬼还行，弄出个人来就差了一筹。反过来看，从生命的生长性可以看出，它必须是由某种简单东西逐渐发展或者说进化出来。如果想要“创造”出来，那就要站在高很多等级的立场上才行，平级是不行的。 所以，以人的水平，想要造人，只有自己去生一条路。如果想学上帝来造，那么其聪明才智至少要上几个大台阶，把自己好好进化一下才成。

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[转载]美患者用3D打印头骨替代75%自身头骨

redtree 2013-3-12 12:12

美患者用3D打印头骨替代75%自身头骨 作者：孝文 来源：新浪科技 发布时间：2013-3-12 11:24:22 美国的一名患者成功接受一例具有开创性的手术，用3D打印头骨替代75%的自身头骨。 3D打印头骨的制造者、康涅狄格州牛津性能材料公司的研究人员表示，他们希望利用3D打印植入物替换患者其他部位的缺失或者受损骨骼。 牛津性能材料公司的3D打印植入物使用聚醚酮酮材料打印。 北京时间3月12日消息，据国外媒体报道，美国的一名患者成功接受一例具有开创性的手术，用3D打印头骨替代75%的自身头骨。3D打印头骨的制造者、康涅狄格州牛津性能材料公司的研究人员表示，他们希望利用3D打印植入物替换患者其他部位的缺失或者受损骨骼。 制造过程中，研究人员首先对患者的头部进行扫描，而后利用3D打印技术打印出用于移植的替代头盖骨。研究人员表示他们打印的替代头骨可用于替代因疾病或者外伤受损的头骨，例如癌症患者、车祸受害者和伤兵。 牛津性能材料公司总裁斯科特-德菲莱塞表示：“我们相信这是一个具有革命性和开创性的技术 平台，将对整形外科的方方面面产生重要影响。我们已在头盖骨植入方面首次获得允许，因为对这方面的需求最大。利用3D技术替代头盖骨只是一个开始。我们将 致力于针对身体各部位的3D打印骨骼的研发和推广，降低患者和医疗服务提供者的成本。”牛津性能材料公司已开始向海外销售3D打印植入物。在美国，美国食 品与药物管理局只允许他们的植入物用于手术。 移植手术准备过程中，科学家首先对患者头部进行扫描，获得头骨的数字扫描模型，而后利用 3D打印机逐层打印出所需的头盖骨。据悉，他们使用的打印材料是聚醚酮酮，为患者定制的植入物2周内便可完成。目前，牛津性能材料公司正准备向食品与药物 管理局递交有关其他3D打印骨骼的申请，希望能够获得批准。

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[转载]美国首创3D打印头骨技术

liyadong 2013-3-9 20:30

一名患者75%的头骨被3D打印出来的移植组织成功取代了。 美国康涅狄格州牛津性能材料公司近日首创3D打印头骨技术，目前已有一名病人将75%的头骨替换为这种打印出来的移植组织。 该公司的研究人员首先扫描病人的头骨，然后以聚醚酮酮为原材料，照着原先的头骨打印出新的移植组织。据了解，头骨打印可在两周内制成。该团队相信，这种技术可以用于治疗因疾病或创伤造成的头骨损坏。癌症患者、 车祸 受害者和受伤士兵都是目标客户群体。 该公司还打算将3D打印技术应用到身体其他部位缺失或损害的骨头上。公司总裁斯科特说：“我们公司相信，它将大大影响整形行业的所有领域……这仅仅是个开始，我们将系统地开发整个身体的骨头打印技术，争取以更低的成本向病人和其他医疗保健患者提供更好的产品。”目前，他们正准备向美国食品和药物管理局提交相关申请，以便进一步开拓市场、造福患者。 据悉，3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构建物体的技术。该技术在珠宝、鞋业、工业设计、建筑、汽车、航天航空、医疗等产业都有应用。英国甚至将3D打印应用到人类胚胎干细胞范围。 http://discovery.163.com/13/0309/10/8PH3S30Q000125LI.html

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[转载]专家用牛耳细胞“打印”人造外耳 可移植给人体

热度 1 liyadong 2013-3-2 20:41

中新网2月22日电 据新加坡《联合早报》22日报道，美国康奈尔大学研究人员日前利用牛耳细胞，在三维(3D)打印机中打印出人造耳朵，并可移植到人体中。这对失去全部或部分外耳的人士而言无异是福音。 研究人员20日在《公共科学图书馆综合卷》上发表报告称，他们利用牛耳细胞在三维(3D)打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。 研究人员首先利用快速旋转的三维相机，拍摄数名儿童现有耳朵的三维信息，然后将其输入电脑，三维打印机会据此打印出耳朵模子。 他们随后在模子中注入特殊的胶原蛋白凝胶，这种凝胶含有能生成软骨的牛耳细胞。此后数周内，软骨逐渐增多并取代凝胶。三个月后，模子内出现一个具有柔韧性的人造外耳，其功能和外表均与正常人耳相似。 据了解，医学界目前使用的人造耳朵主要成分为泡沫聚苯乙烯或患者人体肋骨组织。前者质感与人耳差异较大，后一种方式既困难又令患者十分疼痛，很难制成既美观又实用的人造耳朵。 研究人员认为，三维打印人造耳朵的优势在于能够个性化“定制”，帮助失去部分或全部外耳的人士。 http://news.qq.com/a/20130222/000967.htm

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[转载]美专家用3D技术“打印出”人造外耳 可移植

热度 1 hongkuan15 2013-2-22 11:40

美专家用3D技术“打印出”人造外耳 可移植 2月13日，康奈尔大学研究人员展示利用牛耳细胞，在三维(3D)打印机中打印出的人造耳朵。　　 据新加坡《联合早报》22日报道，美国康奈尔大学研究人员日前利用牛耳细胞，在三维(3D)打印机中打印出人造耳朵，并可移植到人体中。这对失去全部或部分外耳的人士而言无异是福音。 　　研究人员20日在《公共科学图书馆综合卷》上发表报告称，他们利用牛耳细胞在三维(3D)打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。 　　研究人员首先利用快速旋转的三维相机，拍摄数名儿童现有耳朵的三维信息，然后将其输入电脑，三维打印机会据此打印出耳朵模子。 　　他们随后在模子中注入特殊的胶原蛋白凝胶，这种凝胶含有能生成软骨的牛耳细胞。此后数周内，软骨逐渐增多并取代凝胶。三个月后，模子内出现一个具有柔韧性的人造外耳，其功能和外表均与正常人耳相似。 　　据了解，医学界目前使用的人造耳朵主要成分为泡沫聚苯乙烯或患者人体肋骨组织。前者质感与人耳差异较大，后一种方式既困难又令患者十分疼痛，很难制成既美观又实用的人造耳朵。 　　研究人员认为，三维打印人造耳朵的优势在于能够个性化“定制”，帮助失去部分或全部外耳的人士。 2013年02月22日 10:37　来源：中国新闻网　

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[转载]美专家用3D技术“打印出”人造外耳 可移植

hongkuan15 2013-2-22 11:40

美专家用3D技术“打印出”人造外耳 可移植 2月13日，康奈尔大学研究人员展示利用牛耳细胞，在三维(3D)打印机中打印出的人造耳朵。　　 据新加坡《联合早报》22日报道，美国康奈尔大学研究人员日前利用牛耳细胞，在三维(3D)打印机中打印出人造耳朵，并可移植到人体中。这对失去全部或部分外耳的人士而言无异是福音。 　　研究人员20日在《公共科学图书馆综合卷》上发表报告称，他们利用牛耳细胞在三维(3D)打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。 　　研究人员首先利用快速旋转的三维相机，拍摄数名儿童现有耳朵的三维信息，然后将其输入电脑，三维打印机会据此打印出耳朵模子。 　　他们随后在模子中注入特殊的胶原蛋白凝胶，这种凝胶含有能生成软骨的牛耳细胞。此后数周内，软骨逐渐增多并取代凝胶。三个月后，模子内出现一个具有柔韧性的人造外耳，其功能和外表均与正常人耳相似。 　　据了解，医学界目前使用的人造耳朵主要成分为泡沫聚苯乙烯或患者人体肋骨组织。前者质感与人耳差异较大，后一种方式既困难又令患者十分疼痛，很难制成既美观又实用的人造耳朵。 　　研究人员认为，三维打印人造耳朵的优势在于能够个性化“定制”，帮助失去部分或全部外耳的人士。 2013年02月22日 10:37　来源：中国新闻网　

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3D打印，CT，城市切片

vcitym 2013-2-3 09:07

随着影像科技的发展和信息时代的到来，传统的话语表达形式正快速向新型的图像文化形式转变，形成了当今的“读图时代”。可视化成为大数据时代的重要选题。下面是一组可视化的内容摘编。 一、3D打印机（引自百度） 3D打印机（3D Printers）是一位名为恩里科·迪尼（Enrico Dini）的发明家设计的一种神奇的打印机，它甚至可以“打印”出一幢完整的建筑。 3D 打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在 设计 领域，尤其是 工业 设计，数码产品 开模 等，可以在数小时内完成一个 模具 的打印，节约了很多产品从开发到投入市场的时间。 3D 打印机 可以用各种原料打印 三维模型 ，使用3D 辅助设计软件 ，工程师设计出一个 模型 或 原型 之后，无论设计的是一所房子还是 人工心脏瓣膜 ，之后通过相关公司生产的3D打印机进行打印，打印的原料可以是有机或者无机的的材料，例如 橡胶 、 塑料 ，不同的 打印机 厂商所提供的打印材质不同。 3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种 数字模型 文件为基础，运用粉末状 金属 或 塑料 等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在 模具制造 、 工业设计 等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。“三维打印”意味着这项技术的普及。 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。 该技术 珠宝 ，鞋类，工业设计， 建筑 ，工程和施工（AEC）， 汽车 ，航空航天， 牙科 和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程以及其他领域都有所应用。 二、CT（引自 百度） 1971年，英国科学家汉斯菲尔德成功地设计出一种新型的诊病机，定名为X线电子计算机体层摄影机。 CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，每次扫描过程中由探测器接收穿过人体后的衰减X线信息，再由快速模 /数(A/D)转换器将模拟量转换成数字量，然后输入电子计算机，经电子计算机高速计算，得出该层面各点的X线吸收系数值，用这些数据组成图像的矩阵。再经图像显示器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来，这样该断面的解剖结构就可以清晰的显示在监视器上，也可利用多幅相机或激光相机把图像记录在照片上。由于CT影像完全屏除了重叠干扰，利用窗口技术使密度分辨率大大提高，对软组织及实质性器官的显示能力明显优于普通X线检查。 三、切片城市（切片）（ 引自 程雪松 ，切片城市， 《建筑创作》 2004年05期 ） 好莱坞电影《入侵脑细胞》里有这样一个场景:女主角在男童的诱惑下进入一个房间一匹毛色发红的马立在房间中央。随着墙上时钟的运动, 蜷缩在角落里的男童神色变得慌张。当指针运行完一周时一声巨响玻璃切片从天而降, 马被分割成若干段。切片的马被进一步拉伸. 透过玻璃的间隙,导演让我们清晰地看到马体上的每一个断面各种组织和器官的活动纤毫毕现。 切片城市分横向切片和竖向切片。 它的断面是探索城市生活无限丰富和精彩的标本，也是发现城市奥秘的取景器。当人的目光穿行在这几个竖直切片中时,体验到的是不同的都市场景片段。每个人都会根据自己的记忆、习惯和分析将这些片段关联起来.从而获得个人不同的都市电影。

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谁研究3D打印？ 看看我的数学方法有用不？

lcguang 2013-1-28 08:58

我能提供立体布尔运算结果边界的通解。 结果是互不重叠的区域， 提供立体打印需要的上下左右边界。 下面是模拟打印结果。 New Method of Solid Boolean Operations with Continuous Value Logic So short program, one never imagines! Welcome Co-operating and Buying this Technique 　 New method uses continuous value logic to replace complicated if-then judgments. It makes program possess simplicity, reliability, and generality. In the three Boolean operations intersection,combination, and subtraction . +, - , operations,is most simple. If A-B can been resolved, then A+B=A-B+AB can also been resolved. So, Critical problem is how to obtain A-B. Follows are several samples of A-B. The most important thing is that we needn't worry about relative positions between A and B. The main program for A-B is shorter than 20 lines long no matter what boundary functions A and B have . For the bridge drawing,all source program including the definitions of boundaries of functions of A and B is shorter than 60 lines long. The method of plenary Boolean operations can been used to extract machining regions from the constructive-solid-geometry representation of a given object. A-B Drawing 1 A : A cube minus a loop； B : a solid with upper boundary produced by sin(x) and lower boundary by a loop. Download program for drawing the above bridge A-B Drawing 2 A : a cub2+column， B : a loop A-B Drawing 3 a cube minus a ball Drawing 4 a ball minus a cube Plenary A-B: A with boundaries x1,x2, y1, y2; B with boundaries x3, x4, y3, y4 The method of plenary Boolean operations can been used to extract machining regions from the constructive-solid-geometry representation of a given object. 　

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金属构件3D打印技术研究，中科院落后了！

热度 8 xieyujiang 2013-1-27 22:37

2012 年当资本市场刮起一股 3D 打印旋风的时候我才第一次听说“ 3D 打印”这个词，一查资料才知道所谓的 3D 打印就是我所熟知的激光立体成形或激光直接制造。 2012 年年底中科院组织召开了 3D 打印技术研讨会，了解各研究所在 3D 打印方面的研究情况，虽然我们课题组的研究工作只是沾了点边，但听说却是全院最靠近 3D 打印的。 2013 年 1 月 18 日 北航王华明教授以钛合金大型复杂整体构件激光立体成形技术研究的成就荣获国家技术发明一等奖，标志着中国 3D 打印技术在大型金属结构件直接制造方面已经取得重大技术突破，并且已经得到了国家层面的认可,然而作为国家级研究机构，中科院在这个领域却基本没有什么大的作为。 激光 3D 打印技术集成了计算机辅助设计、计算机辅助制造、粉末冶金、激光加工等多项 技术。基本原理是计算机辅助设计生成三维实体模型，高功率激光产生熔池，粉末被送入到熔池中凝固形成沉积层，在计算机控制下激光束和加工工作台按预设方式运动，层层堆积熔铸形成立体部件。通过选择合适的激光加工工艺窗口，可以对成形组织进行选择和控制，最终获得优于锻件的力学性能。激光 3D 打印技术可以用于工模具制造与修复、涡轮叶片修复、工件的快速原型制造。 3D打印装置示意图 涡轮叶片3D打印 从3D打印毛坯到金属零件 激光 3D 打印技术的基础是激光熔覆技术，在国内中科院金属所、北航、西工大这几家单位可以说是国内最早开展激光熔覆技术研究的单位，也最有条件占得先机开展激光 3D 打印技术研究。先说说中科院金属所的情况，上世纪 90 年代初，我国 在研的某型航空发动机验证机高压涡轮转子叶片叶尖被磨短近 1.5mm ，严重影响了发动机的试车考核。为解决这一问题，中科院金属所发展了航空叶片激光表面仿形熔铸接长修复技术，成功实现了叶片接长修复，使发动机性能试车考核一次性通过，确保了国家十号工程的顺利立项，获得了时任航空航天部长的亲笔致信表彰，该成果也获得了 1995 年国家科技进步三等奖。当年的激光仿形熔铸接长技术可以说是现代激光 3D 打印技术的雏形，后来金属所也试图发展激光 3D 打印技术，但由于种种原因，一直未能建立起真正的激光 3D 打印设备平台，研究工作也处于搁置状态。而北航和西工大多年来一直坚持发展大型金属构件的激光 3D 打印技术，据说目前已经成功地应用于大型飞机构件的直接制造。 2011 年以北航王华明教授团队为主成立的中航天地激光公司，专门从事激光 3D 打印制造应用生产，而近日王华明教授获得了国家技术发明一等奖，这一系列事实足以证明中国高校在 3D 打印研究与应用方面已经取得了很大的成就。 不得不承认在激光 3D 打印技术研究方面我们中科院已经远远落后于北航、西工大等国内知名高校了，那么背后深层次的原因到底是什么呢？我想除了和学术带头人的方向把握和重视程度有关以外，更重要的是和中科院目前广泛实行的课题组独立核算制及科研设备平台建设管理有关。课题组独立核算，为了生存，不可能拿出太多的钱来买设备，再说国家科研项目预算也不允许买大型设备。目前我们所公用的设备如扫描电镜、透射电镜的购置费用一般都是由所公共财政承担的，而非公用的设备如激光加工器、等离子喷涂设备的购置费用一般都是由课题组自己承担，试问一台动辄数百万元的设备有几个课题组能够承担得起？当然理论上对有些大型的科研设备是可以申请中科院公共资金支持的，但对一个普通的课题组又谈何容易？比如说，虽然我们所从事高温防护涂层研究的人很多，不乏研究部主任等重量级人物，但多年来却一直没有电子束 - 物理气相沉积这个先进的高温合金热障涂层制备设备（最近才买，还没安装），而国内从事同类研究的哈工大、北航早都有了。没有好的科研设备，怎么取得好的研究结果呢？

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快速成型技术（3D打印）带动第三次工业革命

热度 3 lql0558 2013-1-21 20:37

1988 年，美国 3D System 公司推出的 SLA-250 液态光敏树脂选择性固化成形机，标志着快速成型技术的诞生。它采用一种立体光刻工艺，基于液态光敏树脂的光聚合原理工作。通过一束紫外激光束在偏转镜作用下扫描照射树脂使其固化，逐层制造得到一个三维实体模型。 我们知道，现有的材料成形方法有三种技术路线：要想得到一个所需的零部件，人们可以使用机械加工，通过不断去除材料来获得所需的零件形状；也可以利用变形原理来成形金属零件，使用热加工的锻造成形，也就是金属材料在强大的机械压力下改变形状来获得所需零件；而铸造、 粉末冶金等方法采用的是“赋形 + 固化”的成形原理，也即先通过模具赋予液态或粉末状的金属材料以形状，再通过冷却凝固或高温烧结的方法使材料固化来获得具有所需形状和强度的金属零件。快速原型技术的成形原理与这些传统方法截然不同，它综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术的优势，采用逐渐增加材料的方法成形零件。这种成形方法不需要模具，因而又被称为实体自由成形技术或快速成形技术， 俗称“ 3D 打印” 。这里，“自由”和“快速”都是指不需要模具来成形，能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地省去了十分冗长的制造模具过程和昂贵的模具制造成本，缩短产品的研制周期。通俗的说，如果想制造一些物品，你只需要一个 3D 打印机、原材料，和控制打印机的软件。用软件画出模型，把原材料加入打印机，然后点下打印，过一会儿就可以取出新鲜出炉的物品了。 北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东教授称这种新技术为“数字化增材制造”，中国机械工程学会宋天虎秘书长称其为“增量化制造”。 我国学者迅速地跟进了这一世界新技术的热潮，西安交通大学的卢秉恒院士、清华大学的颜永年教授、华中科技大学的王树槐教授等是我国快速原型技术研究的先行者，并且都取得了卓著的成就。而黄卫东在国内首先创造性地发展的激光立体成形技术，把快速成形技术从制造“原型”发展到直接制造具有极高力学性能的致密金属零件。 北京航空航天大学材料学院材料加工工程系主任、材料加工工程学科责任教授、“长江学者特聘教授”王华明 , 开辟“快速凝固激光材料制备与成形”研究新领域，建成先进的“激光材料加工制造技术实验室”，在先进材料快速凝固激光制备加工与成形制造领域取得多项原创性成果并在航空发动机及飞机上得到应用。其中“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获 2012 年国家技术发明奖一等奖。 2012 年 12 月 14 日至 16 日，在中国工程院、工信部、中国机械工程学会、美国机械工程师学会、英国机械工程师学会联合主办的 2012 年增材制造技术国际论坛暨第六届全国增材制造技术学术会议上，工信部副部长苏波在会上表示：为加快推动我国增材制造技术研发和产业化， 近期要加强顶层设计和统筹规划，组织研究制定增材制造技术路线图、增材 制造业 中长期发展战略，推动完善增材制造技术规范与标准制订，促进产业健康可持续发展。会议透露，我国首个 3D 打印工业园将落户武汉 东湖高新 （ 600133 ）区，该项目由华中科技大学主导，规划首期用地 500 亩。 西方媒体把这种实体自由成形制造技术誉为将带来“第三次工业革命”的新技术。奥巴马政府认为 3D 打印技术可以帮助美国更好的同人力成本更低的国家进行竞争，因此，奥巴马政府斥资 3000 万美元成立了一家专注研究 3D 打印技术的学院。 立体光刻技术产生后即风靡世界，很快就产生了许多不同技术类型的快速原型技术，如分层实体制造、选区激光烧结、三维打印、熔融沉积造型等。 2008 年全球领先的 6 家快速制造公司销售收入已达 6.96 亿美元，占该行业总收入近 60% 。沃勒斯报告（ 2012 ）预计 3D 打印和增材制造领域的 2015 年销售收入可达 37 亿美元， 2019 年可达 65 亿美元。 通过 3D 打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成 3D 真实物体。当然， 3D 打印机所使用的材料，自然不是喷墨打印机里面的墨水，而是一些可以发生固化反应的材料，现在可以作为原材料的东西已经多种多样，包括树脂、塑料、陶瓷、金属等。 3D 系统公司（ 3D Systems Corp ）首席执行官洛基 - 希尔（ Rock Hill ）表示：“该技术有能力使绝大部分零部件的生产地点发生转移”。希尔认为，目前售价从 500 到 120 万美元不等的 3D 打印机可以被摆放在几乎任何地点，因此大大降低了使用者的运输及仓储成本。 波音公司飞机工程师迈克尔 - 海耶斯（ Michael Hayes ）表示“波音公司未来将有能力在无使用任何金属的情况下，利用 3D 打印技术打造一块完整的飞机机翼”。在海耶斯的脑海中，未来的机翼将由特质的粉末材料一次打造而成，而打造出这样一块机翼的工具便是人们所说的“ 3D 打印机”。 首款 “3D 打印小飞机 ”SULSA 已于 2011 年在英国成功试飞。据悉，这架由英国南安普敦大学工程师制造的世界上第一架 “3D 打印 ” 小型无人驾驶飞机，包括机翼、整体控制面和舱门均是打印而成，可以在几分钟内不使用任何工具就组装完毕。 全球首辆 3D 打印赛车时速 140 公里 -- 由 16 位工程师组成的 Group T 小组在 2012 德国大学生方程式大赛中展示了全球第一辆由 3D 打印机打印的赛车。这辆名为 Areion 的赛车车身大部分由 3D 打印机制作，车身前部打印出的鲨鱼皮结构可以减少阻力和增加推力，最高时速 141km/h 。 科学家利用 3D 打印和多光子聚合技术成功 “ 打印 ” 出了人造血管；德国小提琴制作公司用 3D 打印技术制作出了一把斯特拉迪瓦里小提琴的复制品；荷兰时尚设计师 IrisvanHerpen 发布了他用 3D 打印机制作的锦纶立体服装。 目前大多数个人购买的 3D 打印机，基本上以打塑料材质为主， 3D 打印耗材有限，多为石膏、塑料、可粘结的粉末颗粒、树脂等，制造精度、复杂性、强度等难以达到较高要求，主要应用于模型、玩具等产品领域。由于 3D 打印是材质一层一层堆积成形，每一层都有厚度，这决定了它的精度难以企及传统的减材制造方法。为提高精度，则需不断降低每一层的厚度，难度提高的同时，制造时间也大幅延长。而层和层之间粘结再紧密，其产品性能也无法和传统模具整体浇铸的零件相媲美。 0.02% ，这是 3D 打印技术生产的商品占 2011 年全球制造业总产出的比重。如果需要更生活化地理解这一数据的 “ 微不足道 ” ，你可以在淘宝网里输入关键词 “3D 打印 ” ，弹出的 “ 相关宝贝 ” 只有 2657 件宝贝，如果缩小搜索范围至 “3D 打印机 ” ，更是只剩下 96 件宝贝（搜索时间为 2013 年 1 月 21 日 18 时）。来自科技行业独立咨询公司 WohlersAssociates 的数据显示， 2011 年全球 3D 打印市场规模为 17.1 亿美元，预计 2012 年将增长 25% 至 21.4 亿美元， 2015 年将达到 37 亿美元。尽管种种迹象显示数字化制造业时代正在慢慢临近，但对于再度被市场热炒的 3D 打印机而言，距离工业规模应用甚至飞入寻常百姓家，还有一段路要走。 本博文为网络内容整理而言，仅供参考。如需引用，请注明来源，或更正联系 QQ:375188549 。 作者简介：李其龙，男，硕士学历，主要从事材料科学与机械加工方面的研究。 Email ： li-qilong@163.com

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[转载]3D打印----科学网怎么没有反映？（130105）

热度 7 ymin 2013-1-5 12:03

转载：3D 打印技术不断创新 或推第三次工业革命 2012 年 09 月 27 日 08:08 来源： 中国科技网 这不是异想天开，水杯、小提琴、首饰甚至 汽车 和飞机，皆可被打印出来。 这不是说说而已，这种被俗称为 3D 打印的神奇技术成为主要国家研发 “ 新宠 ” 。 这更不是遥不可及， 3D 打印已在美国工业界掀起大潮，被寄予重振制造业的厚望。 专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势，它和其他一些数字化生产模式的涌现，将推动实现第三次工业革命。 站在产业革命的焦点上 历经二十多年， 3D 打印技术终于从沉寂到兴起。 3D 打印技术之父、美国 “ 三维系统 ” 公司首席技术官查克 · 赫尔说，当年的灵机一动，仅仅是为了解决制造塑料模具费时费力的问题，即一旦设计失误，一切都得重来。 实际上，与普通打印机工作原理基本相同， 3D 打印机内装有液体或粉末等 “ 打印材料 ” ，与电脑连接后，通过电脑控制把 “ 打印材料 ” 一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。 3D 打印机的优势在于，仅需几个小时或一夜时间即可将样品打印出来，而不必花费数周时间等工厂制作样品。这种技术可以制造过去认为复杂而不经济的产品，并大大减轻产品重量。 近几年，新一轮工业革命不断深化，信息技术、自动控制技术与工业生产结合成为趋势，将处于趋势焦点的 3D 打印技术推入了发展的快车道。 “ 只有你想不到的，没有它打印不了的。 ” 美国 “ 三维系统 ” 公司首席执行官阿贝 · 雷琴塔尔这样形容如今的 3D 打印技术应用。 奔驰 、 本田 等汽车公司用 3D 打印技术制造汽车模具和配件；波音、洛克希德 — 马丁公司用它打造航模和零件； 微软 公司用它设计电脑鼠标和键盘；医疗设备机构用它为用户定制助听器和牙套；建筑师用它复制建筑模型。美国研究人员甚至已研制出三维食物打印机，能用食材打印饼干、 苹果 派等。 又一次世界性角逐 8 月 15 日 ，一台 “ 选择性激光尼龙烧结设备 ” 在长沙下线并首次出口美国。这让湖南华曙高科技有限责任公司的员工倍感骄傲。因为它标志着中国在 3D 打印装备制造领域取得了重要技术突破。 事实上，从以勤补拙，到以 “ 智 ” 取胜，不少中国企业已经意识到所处环境的变化。 面对劳动力等生产要素低成本优势开始减弱的挑战，面对现代科技、管理、信息化等 “ 智 ” 的要素逐步确立的机遇，一批敢闯敢试的企业，誓以自主创新打造 “ 中国制造 ” 新形象。 即使在 3D 打印这样尖端的技术面前，中国也毫不示弱，湖南华曙高科技有限责任公司、武汉滨湖机电技术产业有限公司、南京紫金立德电子有限公司、华中科技大学等一批中国企业和院校率先涉足 3D 打印，并获得可喜成就。 放眼全球，我们发现， 3D 打印技术研发成为了又一次世界性科技角逐。 经济长期避实就虚的美国，倍感重振制造业的紧迫。如何让 “ 美国制造 ” 卷土重来？这两年， 3D 打印技术与机器人技术、人工智能等一起，被奥巴马政府 “ 委以重任 ” 。美国政府 8 月在俄亥俄州的扬斯敦投巨资建设制造业创新研究所，主攻 3D 打印技术。 制造业求创新，经济求提振，美国政、经界同时聚焦 3D 打印技术，人们似乎看到了与互联网大行其道之前类似的浓厚气氛。 如今，美国生产的工业和民用 3D 打印机逐渐打开全球市场；日本、荷兰研究人员已成功用它制造人体组织，以助医疗；欧美企业还用 3D 打印技术制造工业品，零部件和艺术品；全球知名大学纷纷将 3D 打印技术列为重要课程。 英国《经济学家》周刊认为，尽管仍有待完善，但 3D 打印技术势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。这些突破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰 —— 这便是第三次工业革命的标志。 难以估量的发展潜力 在同行眼里，怎么夸耀赫尔的发明都不为过，因为它可能意味着单调大规模制造模式的终结。 未来家具生产商将不再需要设计千篇一律、缺乏新意的产品，而是由顾客提供自行设计的产品图；购物网站可能只需提供产品设计图，由顾客在家自行打印成品，从而大幅减少运费 …… 据沃勒斯同仁公司总裁特里 · 沃勒斯说， 3D 打印产品和服务去年的销售额是 17 亿美元，到 2019 年，该行业的收入将达 69 亿美元，其中零部件制造业务预计将占 80 ％。 但 3D 打印技术并非没有软肋。与传统工业铣床低至 5 万美元的成本相比，工业规模的 3D 打印机成本高达几十万甚至逾百万美元。此外，打印批量小物件依然要消耗数小时甚至一天多，因此尚不适用于大规模生产。 不过，随着生产速度和质量的不断提升以及打印装置和材料价格的下降，越来越多的工业部件将被打印出来，而不是被冲压或烧铸出来。 1912 年前后出现的科学技术 —— 电气化、电话、汽车时代的萌芽、不锈钢和无线电放大器的发明都推动了经济的增长。然而即便当年那些知识最渊博的观察家，也未能预测到这些科技发明所产生的变革性力量。 3D 打印技术未来能否继续扮演新一轮产业革命的主角，人们拭目以待。专家认为，随着技术日趋完善，对 3D 打印技术的应用将是想象力的问题。 美国研发 3D 打印枪枝技术引争议 已能发射子弹 2012 年 12 月 22 日 18:50 来源：凤凰卫视 美国研发枪支 3D 打印技术引起争议 分享到： 更多 随着 3D 打印技术的应用推广，美国就有人打印出枪支部件，再组装成可发射子弹的枪支 , 但在发生康州校园枪击惨案后 , 这项技术也引发了争议。 这项技术是将枪支的三维设计图下载到电脑，并连接 3D 打印机，几分钟之后就能打印出枪支部件的实体。研发打印枪支的团体就表示，他们使用 3D 打印的枪支零部件，组装了半自动 AR-15 步枪，成功发射了子弹 , 在试射六次后枪支才损毁。 监管当局表示 , 未察觉到有人能利用这项技术 , 打印出可发射的枪支来 . 而参与项目的人士就指出 , 一旦相关技术成熟 , 要监管枪支就更为困难。 大学生威尔逊：这是生产方式的另一种选择，虽然有其他更好的方式来制造枪械，但我们预见到在未来， 3D 打印将成为更加被广泛应用而无处不在的一项强大技术，这比较有可能就在你手里，而现在（重要的是）如何来利用这项技术并对它抱有雄心，以及我们能够多接近可打印出的完整枪械。 对于发生康州校园枪击案而掀起限制枪支的争议 , 威尔逊就认为，维护宪法中定明人人可携带武器的权利 , 长远而言 , 比单一枪击事件来得重要。 3D 打印技术通常使用硬质塑料作为材料，起初则是为 汽车 制造等大型生产工业制作产品模型。 唐雨洁综合报道

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不必过分神化3D打印技术

热度 7 outcrop 2013-1-4 10:58

最近网上好像有炒作或者神化3D打印技术的苗头；今天在微博上又看到有人一板一眼的宣称3D打印甚至能打印出肾脏。 但严肃的说，目前的3D打印是“打印”不出可移植给人类的肾脏；包括微博作者所提供的视频介绍，根本就是把细胞粘在一起，外形上看起来像肾脏而已，完全谈不上肾脏的功能性。 被误读的视频： http://v.163.com/movie/2012/1/4/O/M8H1U3NBB_M8H21BA4O.html 3D打印技术也不是忽然之间出现的，实际上就是快速成型技术的一种大众化称谓，是一系列 快速成型技术 的统称；制造业界已经研究多年了。虽然取得了一定的成绩和突破，但远没有一些文字所表述的那么神奇。 越传越玄乎，就变成炒作甚至谣言了。 延伸阅读 快速成型技术 =============================关于博主============================= 博主的主要兴趣是：知识管理；相关兴趣有：语义网、机电及DIY、哲学与心理、信息安全、科幻等。 我的常用博客在科学网 （访问可点链接，下同）； 新浪微博是@outcrop ，欢迎互粉；建了一个超级QQ群：17662971，希望能闲聊无白丁，欢迎加入；自己打理着一个 机电工程师 小网站，欢迎来玩。最近在科学网关注“ 科学网大学 ”，欢迎加入 科学网大学群组 讨论、尝试。

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从【3D打印】看科普语言的大众化

热度 14 outcrop 2012-9-2 16:34

看过《先进制造技术》之类书的朋友应该对【3D打印】之类的概念很熟悉，实际上可能是 快速成型 （也称快速原型，Rapid prototyping，RP）技术的大众化总称。 快速成型这种技术已经写入了教材，可以看出已经有些年头了，但最近媒体又重新热火了一下，特别是国内的媒体，似乎很喜欢【3D打印】这个词，觉得很神奇。 也许这就是科普语言大众化的魅力。 实际上【3D打印】目前还很难如同我们想象的那种，一台打印机模样的装备，就能打造出各种神奇的物品；由于材料以及【打印技术】的局限，目前能制作出来的东西还很有限。【3D打印】相关技术发展至今有40多年的历史，但还未能替代掉模具制作这个传统行业，就很能说明问题。 快速成型技术细分起来比较多，比如常见的有： 光固化成型 （SLA） 分层实体制造 （LOM） 选择性激光烧结 （SLS） 形状沉积成型（SDM） 熔融沉积成型 （FDM） 多相喷射沉积（MJD） 三维印刷（3DP） Contour Crafting，CC Electron Beam Melting，EBM Laser Engineered Net Shaping，LENS Laser Cladding Multi Jet Modeling，MJM Polyamidguss Selective Laser Melting，SLM Space Puzzle Molding，SPM Streifenlichtscanning …… 不同的快速成型技术，适合不同的材质；比如SLA适合液态热固性聚合物，弹性体类材料；FDM适合ABS树脂、聚碳酸酯类材料。有兴趣的朋友，不妨看看延伸阅读里维基百科的资料，写的比较全。 快速成型是一项迷人的技术，这些年似乎没什么媒体关注，但最近以【3D打印】的姿势出现在媒体，似乎很能被大众接受。 看来科普也需要尽量用大众化的语言，这是我想说的，送给科学网未来的科普频道。 延伸阅读 维基百科的快速成型技术条目 互动百科的快速成型条目 =============================关于博主============================= 博主的主要兴趣是：知识管理；相关兴趣有：语义网、机电及DIY、哲学与心理、信息安全、科幻等。 我的常用博客在科学网 （访问可点链接，下同）； 新浪微博是@outcrop ，欢迎互粉；建了一个超级QQ群：17662971，希望能闲聊无白丁，欢迎加入；自己打理着一个 机电工程师 小网站，欢迎来玩。最近在科学网关注“ 科学网大学 ”，欢迎加入 科学网大学群组 讨论、尝试。

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世界的变化原来并不是我们所能想象的

热度 62 lionbin 2012-8-31 12:24

历史上的科学预言或预测，能真正准确实现的其实很少，许多预言由于对革命性技术的预测出现偏差，导致最终的预测结果与实际发展相比有很大的出入。 计算机与通讯，当属目前发展最迅速的领域之一，我也一直对这个领域的文化充满着兴趣，并喜欢对时代的发展进行思考和对比。小时候看科幻电影，里面充斥的高端控制设备主要是各种复杂的按钮、指示灯，稍微高级一点儿的应该是通讯设备，但这些设备是由异常笨重（按目前的眼光看）的CRT电视机加电话组装成的可视电话，完全没有电脑的身影。可以想象的是，那样的设备，毫无疑问仍然在采用着效率极低的模拟通讯技术。显然现在真正所实现的可视电话完全没有采用“电视机+电话”的模式，其重要技术是计算机与数字通讯。我们今天的3G手机可毫无压力地实现可视通话的功能，手机（电话）也更像电脑了（其实许多智能设备都越来越像电脑了）。这个技术的发展是我们缺乏电脑技术的时候想不到的。 在信息技术的发展中，有一个预言是非常到位的，那就是尼葛洛庞帝在上世纪末出版的《数字化生存》一书中所讨论的“尼葛洛庞帝式转换”（The Negroponte Switch）： 今天的有线和无线通信应该交换位置。目前经由地下（即电缆）传输的信息，将来会经由以太（网）传输，反之亦然。换句话说：空中传输的信息会走入地下，而在地下传输的信息则会升上天空。我把这叫做“交换位置”，吉尔德则称之为“尼葛洛庞帝式转换”。 当初读这本书的时候，看到这个说法，并没有特别的感受，只是深深地记住了这句话，并想用时间来论证是否正确。现在再来重新考察这句话，发现是如此绝妙！也为尼葛洛庞帝的智慧和远见所折服。历史上，有线网络装备最完备的当属有线电话了，而现在使用无线电话的人更多；曾经，广播、电视是通过无线电传输的，现在更多地是通过有线网络来传输了。世界的发展真的出现了尼葛洛庞帝式转换。这也算是一件想得到的事儿。 不过，今天想讨论的话题——3D打印，则让上述想不到和想得到的变化相形见绌了。 3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。更明确地说，3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体 。 显然，这里采用3D打印机这个词，看起来是非常别扭的，其实英文“3D printer”看起来也别扭。说到“printer” 这个词的简体中文翻译，刚开始都是通过针击“打”色带“印刷”字的，所以称为打印机是非常合适的。后来有了ink-jet printer和laser printer，总觉得还翻译成“打”印机似乎不合适了，但大家却一直在这么用。那个时候觉得台湾的翻译挺好的，叫做“印表機”，不管是针式、喷墨还是激光都是没有问题的，因为都是表面印刷嘛。现在，3D printer出现了，看来“印表機”也走到了尽头，我们简体汉语还是采用“打印机”这个说法吧，权当是采用的比喻手法好了。 3D打印，带来的居然不是印刷业的革命！有了上面关于3D打印的认识，通过想象，我们不难发现可以创造出更多的东西来。3D打印应用于设计领域，如工业设计，可在数小时内完成一个模具的打印，可节约很多产品到市场的开发时间。如果不受空间和材料的限制，显然打印更大物体，比如一栋建筑或者一座桥梁也是可能的，这必然掀起建筑业的革命。 还可以有更复杂的东西吗？有。据2011年9月23日英国《每日邮报》 报道，世界上第一辆“打印汽车”日前在加拿大亮相，其耐用又环保时尚的特点令许多传统汽车都相形见绌。这辆3D“打印汽车”名叫Urbee，是一辆三轮、双座混合动力车。据说是该车小巧轻便，最高时速可达112公里，而且更加经久耐用，至少能使用30年。业界人士对于Urbee的前景充满了信心：“运用3D立体打印技术设计和制造车辆彻底改变了我对车辆制造业未来远景的展望。这项技术定将有力推动‘数码制造业’的发展。” 如果这些纯机械的非生命物质难于让你瞠目结舌的话，活体器官生物打印机也许会超出你的想象。据说第一台活体器官生物打印机的原型机已在2009年底制造出来。活体器官生物打印机有两个打印头，一个放置最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”；另一个可打印“生物纸”。所谓生物纸其实是主要成分是水的凝胶，可用作细胞生长的支架。活体器官生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。据介绍，这种机器首先“打印”器官或动脉的3D模型，接着将一层细胞置于另一层细胞之上。打印完一圈“生物墨”细胞以后，接着打印一张“生物纸”凝胶。不断重复这一过程，直至打印完成新器官。随后，自然生成的细胞开始重新组织、熔合，形成新的血管。每个血管大约需要一小时形成，而熔合在一起需要数天时间。美国Organovo公司研制的活体器官生物打印机如今已经可以制造动脉，开发者称由这种设备“打印”的动脉最早有望在5年内用于心脏搭桥手术。而心脏、牙齿和骨骼等更为复杂的器官则应该可以在10年内被“打印”出来。也就是说，最终有一天，只需轻轻按下按钮，就能让3D生物打印机制造出我们所需要的器官 。 这个技术至少让我等学生物的人感到吃惊，感叹我的想象力不够丰富，没有赶上世界的变化。我一直以为，器官只能从活体采集，或者通过克隆技术进行定向培养。如果这也可以的话，未来克隆人的工艺一定是依靠3D打印的，而不是来自分子生物学实验室，这是一场生物学革命。 如果有了这样的技术，显然，打印食物，比如肉类也是可能的，比如科学家使用3D打印机技术在实验室培育出人造肉，鲜肉组织可在糖类物质构成的框架上生长，口感与真肉十分相近 。这带来了饮食业的革命？！ 也就是说，未来只要你有一台电脑，有一个3D打印机，按照要求配置一些原材料，你可以打印出任何你在电脑中创造出来的东西或者拷贝过来的东西。 本来在为这个技术充满憧憬的时候，8月23日看到一则新闻：美打造首款3D打印比基尼泳衣，性感且富有弹性 。突然让我有些疑惑，这个技术究竟发展到什么程度了呢？如果前面的事儿都是事实，这则新闻说的那些事儿是不是太简单了点儿呢，算是纺织业上的革命吗？ 参考资料 互动百科“3D打印机”词条 《 全球首辆3D打印汽车时速可达112公里 》 《 美公司发明3D生物打印机可打印活体器官 》 《 打印机生产食物？3D打印技术推出人造肉口感佳 》 《 美打造首款3D打印比基尼泳衣，性感且富有弹性 》

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