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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; 1259 次阅读|0 个评论

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.; 个人分类: 科研资讯|5113 次阅读|0 个评论

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.; 个人分类: 小宇宙探索|2433 次阅读|0 个评论

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; 个人分类: 论文|5065 次阅读|0 个评论

“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。; 个人分类: 杂志社|4040 次阅读|1 个评论

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 ”; 个人分类: 论文|8644 次阅读|0 个评论

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 。; 个人分类: 论文|7623 次阅读|0 个评论

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; 个人分类: 论文|6500 次阅读|1 个评论

[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。; 个人分类: 工控新闻|645 次阅读|0 个评论

[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。; 个人分类: 工控新闻|777 次阅读|0 个评论

[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。; 个人分类: 工控新闻|762 次阅读|0 个评论

[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; 个人分类: 工控新闻|841 次阅读|0 个评论

[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; 个人分类: 工控新闻|681 次阅读|0 个评论

[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; 个人分类: 工控新闻|435 次阅读|0 个评论

[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; 个人分类: 工控新闻|521 次阅读|0 个评论

[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; 个人分类: 工控新闻|557 次阅读|0 个评论

[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; 个人分类: 工控新闻|504 次阅读|0 个评论

[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; 个人分类: 工控新闻|589 次阅读|0 个评论

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