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增材制造前沿技术快报2024年第2期

2024年第2期 总第14期

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    政策跟踪

    政策

    ATRC拨款2亿美元基金加速发展中国家先进技术创新

    阿布扎比先进技术研究委员会 (ATRC) 推出了“ATRC 全球技术研发平台”,该计划旨在使世界各国能够获得最新的技术解决方案。该平台旨在帮助各国利用阿联酋的技术专长来应对其独特的挑战。随着技术的快速发展,该平台旨在通过提供定制解决方案来满足世界各国的需求,从而弥合各国所经历的技术差距。为了通过该平台启动应用程序,ATRC 将拨款 2 亿美元资金来加速创新,特别是针对新兴国家和发展中国家。通过承诺吸收资源和研究成本,这笔资金促进了复杂技术解决方案的开发,使这些国家能够跟上最新进步的步伐。ATRC 全球技术研发平台正在接受世界各地政府、组织和合格利益相关者的申请,优先考虑协作和包容性。通过严格的评估流程,符合该平台使命的举措将获得六个优先领域的支持:航空航天、食品和农业、医疗保健、安全和安保、可持续发展、环境和能源以及运输。在近四年的时间里,ATRC 开发了一个强大的研发生态系统,拥有来自 70 多个国家的 850 多名研究人员。该组织创建了一个完整的生态系统,系统地支持技术开发历程的每个关键阶段。其实体 ASPIRE 通过重大挑战和全球竞争众包全球人才,并确定与客户的技术差距。技术创新研究所 (TII) 专注于具有预期成果的应用研究,并拥有其领先的研究人员和科学家,而 VentureOne 则将其解决方案商业化,将研发产品和服务从实验室推向市场。TII 最近在先进材料研究中心 (AMRC) 开发了一种新型铝合金粉末,这是中东开发的第一种专门用于激光束粉末床熔合 (PBF-LB) 设备的金属合金。ATRC 提供涵盖量子、人工智能、自主机器人、密码学、先进材料、推进和空间等一系列领域的研发支持,引导技术快速发展,并能够成功实现商业化。

    关键词: 政策跟踪 

    政策

    加拿大为先进制造项目提供3230万美元资金

    随着去全球化趋势的持续,各国政府及其企业合作伙伴正在建立旨在实现本地化生产的制造集群。最新效仿这一模式的国家是加拿大,加拿大下一代制造业(NGen) 最近宣布通过全球创新集群计划对全国先进制造业的未来进行大量投资。该倡议是在多伦多举行的首届 N3 峰会上宣布的。NGen 最新宣布的融资金额超过 3230 万美元,再加上 5440 万美元的行业捐款,正在为 15 个新的先进制造项目奠定基础。这些项目总价值 8670 万加元,强调了为加拿大制造业开创创新、可持续发展和竞争力新时代的集体使命。作为这些国家举措的关键,增材制造 (AM) 发挥着核心作用。其中突出的项目是“下一代生物医学晶格的金属增材制造”,该项目由骨科创新中心公司牵头,并与OrthoPediatrics和Spinologics合作。该项目旨在通过开发用于医疗应用的先进晶格结构来推动生物医学领域的发展。同样,由Mosaic Manufacturing Ltd.、Microart Services Inc.和Wrmth Corp.牵头的“微工厂部署和集成项目”强调了 3D 打印在实现敏捷、高效的制造流程中的作用。通过专注于微型工厂的部署,该计划旨在展示 3D 打印如何为制造业提供可扩展的解决方案,特别是在回流业务的背景下。这些项目以及由 NGen 资助的其他项目,凸显了全球采用数字制造解决方案的战略性举措,其中 3D 打印处于最前沿。

    关键词: 政策跟踪 

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    政策

    NIOSH发布《3D 打印安全指南》

    美国国家职业安全与健康研究所 (NIOSH) 对非​​工业工作场所 3D 打印相关的健康和安全风险进行了深入评估。他们的研究结果汇编在最近发布的调查报告《3D 打印方法:创客空间用户、学校、图书馆和小型企业指南》中,该报告旨在为用户提供有用的见解和建议,以降低这些风险。该报告强调了解 3D 打印工作流程的各个阶段,每个阶段都有自己的潜在危险。从打印机维护和清洁等细致的打印前任务,到拆除支撑结构和最后润色等打印后活动,参与该过程的个人可能会接触到可能构成健康风险的各种材料。NIOSH 报告的一个重要方面是识别因接触打印过程中排放的材料而产生的危害。研究表明,3D 打印机会释放出超细颗粒和挥发性有机化合物,这可能会对长期靠近它们的人的呼吸和心血管健康有害。该报告强调了了解不同 3D 打印材料和技术的具体排放特征以有效管理这些暴露风险的重要性,并详细说明了每种类型打印机的危害。除了排放之外,该报告还深入探讨了 3D 打印产生的其他风险,涵盖溶剂、热量、运动部件、激光和噪音等主题。为了更好地应对非工业环境中 3D 打印相关的潜在危险,NIOSH 报告强调需要制定量身定制的风险管理计划。随着 3D 打印继续被广泛采用,NIOSH 报告为各个行业的主动安全措施提供了重要基础。通过识别安全漏洞,NIOSH 帮助确保工人、企业和消费者的安全。

    关键词: 政策跟踪 

    趋势研判

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    趋势研判

    到2032年,能源领域3D打印价值将达到170亿美元

    根据增材制造 (AM) Research 发布的题为《能源领域增材制造:市场分析与预测》的报告,这意味着到 2032 年增材制造在能源领域将有 170 亿美元的收入机会。该研究考察了 3D 打印在能源领域的使用情况。截至 2023 年,估计包括石油、天然气、核能和可再生能源领域,整个能源市场的增材制造收入活动达到 26 亿美元。随着世界进入供应链弹性和可持续性的新时代,能源行业肯定会以越来越快的速度利用 3D 打印。对于石油和天然气来说,这主要是因为需要有更有效地利用日益减少的资源的方法,以便以更少的投入获得更多的产出,从而抵消不断上涨的能源价格。由 3D 打印驱动的优化设计和物流网络可以做到这一点,并且无论取得什么进步,都可以移植到其他能源领域,例如可再生能源和核能,增材制造在这些领域也具有独有的优势。

    关键词: 趋势研判 

    工艺/材料/装备创新

    粉末床熔融PBF

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    论文

    EOS利用精细细节分辨率(FDR)技术突破精度水平

    德国增材制造专家 EOS 早在 2019 年就首次透露,他们已开发出一种新的选择性激光烧结 (SLS) 方法,被称为精细细节分辨率 (FDR) 技术。该技术可提供与SLA技术相同的分辨率以及与SLS技术相当的耐用性和质量。” 目前,EOS 的 FDR 技术已经集成到 FORMIGAP 110 FDR 系统上。EOS 的 FDR 技术与 SLS 技术有相类似的地方,这两种技术都利用激光来熔化聚合物粉末的粉末颗粒,逐层构建零件。FDR 的独特之处在于使用 CO 激光器(而不是 CO2 激光器,后者是 SLS 平台的常见选择)。CO 激光器能够产生约 200 µm 的超细光束,这大约是SLS 3D 打印机中常用尺寸的一半。这种较小的激光尺寸会对用户在打印中实现的效果产生直接影响,特别是在涉及精细细节、薄壁、刻字和微电连接器等小功能时。CO 激光器只是 FDR 实现高分率的一部分原因,该技术还依赖于高精度的涂覆机,它可以快速(以 600 毫米/秒的速度)分布细小的粉末层且密度均匀。CO 激光器和重涂系统的结合实现了 +/- 40μm 的尺寸精度,可与注塑成型和 SLA 3D 打印相媲美。与 SLS 一样,FDR 也具备批量生产能力,这得益于其快速烧结、较少的后处理以及在单个构建中嵌套多个零件的能力。

    关键词: 精细细节分辨率  SLS  CO激光器  粉末床熔融PBF 

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    论文

    冷金属融合(CMF)技术助推金属增材制造技术发展

    冷金属融合 (CMF) 3D 打印由德国公司 Headmade Materials 开发,是一种间接金属制造方法。CMF技术的主要优点是能够使用 SLS 3D 打印机创建最终金属零件。这些机器在市场上的应用更为广泛,而且通常比激光粉末床熔合 (LPBF) 解决方案更实惠。与任何 3D 打印过程一样,一切都始于在 CAD 软件中设计模型。一旦设计和切片过程完成,即可以继续创建零件。与该技术兼容的材料包括 316L 不锈钢、钴铬、Ti6Al4V 钛和钨。其他仍在开发中的材料包括铬镍铁合金、铝和工具钢。与所有 SLS 3D 打印工艺一样,激光用于逐层烧结沉积在打印板上的粉末颗粒。此外,由于它是基于粉末床的方法,因此不需要打印支撑物。虽然CMF技术相对较新,但其在各个行业的应用正在迅速扩大。这种制造方法也是粘接剂喷射 3D 打印的替代方法,后者也能够制造金属零件。因此,许多应用将从这种制造方法中受益,包括汽车、航空航天、医疗和消费品等。

    关键词: 粉末床熔融PBF 

    专家解读供稿人:华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室  闫春泽;史玉升

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    论文

    激光选区烧结成形具备锥形结构的多功能集成电磁微波吸收器

    三峡大学的研究团队基于NFG/Fe3Si/SiCnw三元复合材料,利用激光选区烧结(SLS)技术制备了一种锥形结构的多功能集成吸波器,该研究成果于2024年1月发表在《Composites Part B》期刊上。研究人员开发了一种具备结构承载和雷达吸收双重功能的先进吸波器,以应对复杂电磁环境的挑战。该吸波器基于天然鳞片石墨(NFG)/Fe3Si/SiCnw三元复合材料,采用SLS技术制备出具有锥形结构的多功能集成设备。通过在材料层面上原位生长一维SiC纳米线,有效改善了介电性能,并与磁性材料Fe3Si共同作用,增强了磁/介电损耗的协同效应。实验结果表明,当吸波器厚度为1.5 mm时,其最小反射损耗达到-54.21 dB,有效吸收带宽达到4.6 GHz。团队对锥形结构吸波器的单元结构进行了精心设计,并通过实验验证了其在结构层面的优异性能,实现了14.45 GHz的宽带电磁吸收和5.21 MPa的压缩屈服应力。此外,该吸波器在0~50°的入射角变化范围内,无论是横向电极化还是横向磁极化,都能有效吸收带宽均超过12 GHz,展现出卓越的广角吸收能力。这种锥形结构吸波器的宽带微波吸收性能得益于宏观尺度上的阻抗匹配改善和微观尺度上多种电磁损耗机制的协同增强。通过SLS技术制备的锥形结构不仅实现了电磁微波吸收的材料-结构-功能的一体化,而且其多功能一体化设计为隐身技术在工业化电磁微波吸收领域的应用提供了新的解决方案。这一创新展示了先进材料和制造技术在提升现代电磁防护和隐身技术中的巨大潜力。图1 锥形结构吸波器的制备工艺及结构参数

    关键词: 激光选区烧结  锥形结构  吸波器  NFG/Fe3Si/SiCnw复合材料  粉末床熔融PBF 

    专家解读供稿人:华南理工大学  杨永强;宋长辉

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    论文

    镍基高温合金激光粉末床熔融过程中羽流、溅射行为的原位监测及其与熔体流动的关系

    北京航空航天大学的 Wang 等人开展了对镍基高温合金激光粉末床熔融过程的研究,发现羽流和飞溅的行为可以作为LPBF零件加工时的实时设计参数,并基于质心提取算法实现了LPBF单轨迹飞溅的初始速度统计,揭示了3种不同熔化方式下熔体流动演化路径对溅射和羽流行为的影响,并发现在添加剂基底的重叠区域羽流行为发生了转变。该研究成果将于 2024 年 4 月发表在《Journal of Materials Science & Technology》期刊。研究人员采用激光束脉冲聚焦技术制备镍基高温合金单道焊件,并基于图像识别与跟踪技术对镍基高温合金单道焊件的羽流和飞溅行为进行了实时监测和真实的记录。结果发现,在相同的体积能量密度下,羽流的强度和方向、飞溅的方向和数量以及熔池的面积并不一致,但由飞溅和羽流行为反映的熔化模式的转变可以用作LPBF零件加工质量的实时设计参数。将熔池分为顺时针和逆时针两个流动区域后发现,这两个区域的伸长促进了复杂的熔体流动。在传导模式下,羽流方向垂直于表面,而溅射在行进方向上溢出。在过渡模式下,羽流方向与熔体轨迹的行进方向之间的角度> 90 °,溅射方向的趋势与羽流的趋势相似。在匙孔模式下,羽流和溅射方向相对混乱。本文为获得熔融模式下飞溅相关物理量的统计数据提供了一种新方法,有利于开发减轻LPBF过程不稳定性的加工方法。图1 从单个帧到整个路径的合成过程

    关键词: 激光粉末床熔融  羽流行为  飞溅行为  原位监测  镍基高温合金  粉末床熔融PBF 

    专家解读供稿人:华南理工大学  杨永强;宋长辉

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    专利

    一种激光粉末床熔融多道多层扫描仿真方法

    激光粉末床熔融技术由于其优异的灵活性和较高的成形精度,被用于复杂结构件的制备。然而,激光粉末床熔融过程复杂,涉及到传热、凝固、对流、相变、蒸发等物理过程,熔池流动状态影响着实际打印件的孔隙缺陷,打印件孔隙含量对合金强度和塑性起着决定作用。打印过程中影响熔池流动的因素众多,包括激光功率、扫描速度、光斑直径、扫描间距、扫描策略等重要工艺参数。传统的增材制造模式工艺优化主要以经验和试错为主,这对于新材料的研发是不可取的,会导致研发成本的增高。而金属增材制造模拟能进一步缩短增材制造新材料研发周期,降低成本,提高研发效率和产品质量。本发明属于金属材料增材制造技术领域,具体为一种激光粉末床熔融多道多层扫描仿真方法,利用多物理场模型模拟激光粉末床熔融过程中的热场分布和凝固过程,调节优化激光粉末床熔融工艺,最终获取较优的激光扫描策略。本发明基于Flow3D的激光粉末床熔融多道多层扫描仿真方法,相比于传统的以经验和试错为主的实验探索,其周期更短,成本更低,效率更高。同时,通过优化后的激光重熔和扫描策略的耦合工艺,可以提高熔池稳定性,优化熔体流动性,提高实际打印质量。图1 两层粉末两次扫描熔池形貌仿真图本发明提出了一种基于Flow3D的激光粉末床熔融多道多层扫描仿真方法,建立一种基于计算流体动力学和传热学的多物理场模型,根据温度场变化和冷却情况调整优化打印策略,提高熔池稳定性,优化熔体流动性。通过对增材制造多道多层熔融过程中粉末的熔凝过程和热场分布的模拟仿真,调节优化激光粉末床熔融工艺,最终获取较优的激光扫描策略,对实际激光粉末床熔融过程具有指导意义。

    关键词: 扫描  激光  流体  仿真  熔池  粉末床熔融PBF 

    材料挤出MEX

    专家解读供稿人:深圳大学增材制造研究所  陈张伟

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    论文

    超灵敏且强韧的力致发光活性软材料的挤出直写3D打印

    生物细胞具有将机械刺激转化为细胞内生化信号的能力,这被称为机械感应。然而,将合成材料赋予与生物相媲美的机械感应能力是具有挑战性的。加州大学圣地亚哥分校的蔡盛强教授团队开发了一种超灵敏且稳定的机械发光生物复合材料。他们利用了含有甲藻的水凝胶,甲藻是一种对机械应力具有近即时和超灵敏生物发光反应的单细胞微藻。嵌入的甲藻保留了其固有的机械发光性能,并通过疏水涂层,在恶劣条件下具有约5个月的寿命且维护成本非常低。研究人员还使用3D打印技术将生物复合材料制成具有高空间分辨率的大尺度机械发光结构,并通过双网络水凝胶增强了其机械性能。该成果以题为“Ultrasensitive and robust mechanoluminescent living composites”近日发表在《Science Advances》杂志上。本研究提出了一个数学模型,根据变形和施加的应力来预测机械发光。此外,研究人员还展示了利用这种机械感应复合材料制作的仿生软致动器,在磁致动作用下发出彩色光。这种机械感应复合材料在生物混合传感器和机器人技术中具有重要潜力。本研究采用了以下实验方法:1. 制备机械发光生物复合材料:首先将含有甲藻的水凝胶前体物质与甲藻培养物按照一定的比例混合,并通过离子交联使其形成球状。然后,将Ecoflex预聚物与Pt催化剂混合,并将生物复合材料浸泡在Ecoflex预聚物中,形成一层薄膜状的涂层。经过固化后,得到具有机械发光性能的生物复合材料。2. 测试生物复合材料的生物发光性能:通过监测样品的质量变化和压缩下的生物发光能力来评估涂层对生物复合材料的影响。同时,将涂层样品暴露在不同的环境条件下,如空气、海水和酸碱溶液中,观察其生物发光能力的变化。3. 3D打印生物复合材料:通过调整水凝胶前体物质的化学组成,研究生物复合墨水的流变性能。然后,使用基于挤出的3D打印机将生物复合墨水打印成所需的结构。打印完成后,将样品进行离子交联固化,激活生物发光。4. 使用双网络水凝胶增强生物复合材料的力学性能:通过制备双网络水凝胶前体物质,并与甲藻培养物混合,形成均匀的混合物。然后,将混合物注入模具中,经过紫外线照射固化,形成双网络水凝胶。通过拉伸和压缩测试,评估双网络水凝胶对生物复合材料力学性能的影响。本研究的理论意义和实践意义包括:在材料科学领域,开发了一种新型的机械感应复合材料,为合成材料赋予了接近生物水平的机械感应能力,拓展了材料的功能性和应用领域。在生物传感器和机器人技术领域提供了一种新的材料选择,可以实现高灵敏度和稳定性的机械感应能力,为仿生系统的开发和应用提供了新的可能性。为机械发光的理论研究提供了新的实验数据和数学模型,为进一步研究机械感应和生物发光机制提供了参考和基础。图1 活性复合材料可打印成各种大尺寸机械发光结构,具有较高的空间分辨率Chenghai Li, Nico Schramma, Zijun Wang, Nada F. Qari, Maziyar Jalaal, Michael I Latz, Shengqiang Cai. Ultrasensitive and robust mechanoluminescent living composites. 9(42), 2023

    关键词: 机械感应  甲藻  机械发光生物符合材料  发光结构  材料挤出MEX 

    生物3D打印

    专家解读供稿人:华南理工大学  宋长辉

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    论文

    墨水直写3D打印的生物电子设备综述

    墨水直写(Direct ink writing)3D打印技术在过去几年里得到快速发展,其基于墨水材料的挤出进行逐层堆积制造。相较于光聚合、熔融沉积、选择性激光烧结等技术,墨水直写具有低成本、较高的分辨率、快速及灵活的特点。近年来,通过墨水直写制备电子器件已经获得广泛的关注,其中可穿戴、可植入式的生物电子设备具有巨大的应用价值。美国加州理工学院的研究人员对此进行了较为全面的综述,综述文章于2023年12月发表在《Materials Today》期刊。作者首先讨论了墨水材料配方的多样性及其设计,包括对材料的要求以满足打印的需求。材料和结构的多样性对功能器件和集成系统的制造至关重要。作者总结了已经开发的用于墨水直写的多种墨水材料的机械和电气性能。在随后的综述中,作者展示了墨水直写的可穿戴和保健生物传感器、可穿戴能源设备、可穿戴多模态设备、可植入式设备和软体机器人。最后,作者讨论了墨水直写应用于医疗保健领域的生物电子设备开发的优势、挑战及前景,列出了通过对打印技术的优化进一步提高器件性能的方法,指出下一阶段的发展趋势是构建兼容的3D打印集成系统并实现大规模生产和商业化。为此,多功能墨水材料的设计至关重要,并需要提供足够的稳定性、一致性等以满足生物应用的需求。图1 墨水直写3D打印技术及应用概要

    关键词: 墨水直写  生物电子  可穿戴设备  可植入设备  生物3D打印 

    专家解读供稿人:华南理工大学  宋长辉

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    论文

    快速体积生物打印脱细胞基质生物墨水

    哈佛大学医学院的Y. Shrike Zhang团队利用心脏和半月板来源的去细胞化细胞外基质(h-dECM和Ms-dECM),结合体积增材制造(VAM),成功克服了基于dECM的材料在增材生物制造中的主要限制。通过将这两种来源的dECM与VAM相结合,他们实现了在生物打印水凝胶结构中机械强度和可打印性的分离,允许使用低浓度的dECM材料制造具有复杂形状和结构的生物打印产品。通过使用充满心肌细胞的h-dECM生物墨水进行心脏组织的体积生物打印,研究团队展示了良好的细胞增殖、扩张、扩散、生物标志物表达和同步收缩。同时,嵌入人类间充质干细胞的Ms-dECM半月板结构在体积生物打印中呈现出适当的软骨分化结果。这项研究为新型dECM基材在生物制造中的应用提供了有力的支持。相关研究成果以“Rapid Volumetric Bioprinting of Decellularized Extracellular Matrix Bioinks”为题于2024年1月22日发表在《Advanced Materials》上。图1 生物墨水材料的制备和VAM过程的示意图研究中使用了来自猪心脏左心室的h-dECM和来自猪半月板的Ms-dECM,这两种dECM生物墨水通过光活化形成二酪氨酸交联。采用定制体积生物打印机,分别使用h-dECM和Ms-dECM生物墨水进行了活体心脏和半月板结构的快速生物打印,其中h-dECM约为45秒,Ms-dECM约为30秒。这些dECM提供了细胞相容性微环境,同时确保了嵌入细胞在生物打印和后续培养期间的理想功能。所采用的快速制造的速度和细胞友好的环境使得这种体积生物打印技术在生物医学领域具有广泛的应用前景。该研究通过对dECM(生物)墨水的光交联配方进行打印,细化了打印适性图,结果显示2% h-dECM和1.5% Ms-dECM的打印适性较差,因为它们需要更多的光引发剂形成二酪氨酸网络。通过比较所有可打印dECM(生物)墨水配方的打印时间,确认了打印效率。结果表明,VAM工艺在dECM浓度显著降低的情况下效果良好,打印时间通常小于90秒,较传统DLP工艺更快。通过优化dECM(生物)墨水的配方,实现了具有更复杂结构的3D打印,包括心脏、耳朵、寺庙结构、螺钉结构等,展现了VAM工艺在生物打印中的潜在广泛应用。此外,通过对分辨率的测试,发现h-dECM在体积打印时在所有方向上的分辨率都高于Ms-dECM,且分辨率受到多种因素的影响,包括打印时间、dECM浓度、Ru/SPS浓度以及dECM的固有特征。这些研究结果为基于dECM的体积生物打印提供了深入的理解,并突显了其在生物医学领域的广泛潜力。

    关键词: 生物打印  脱细胞基质  组织工程  可见光  体积式增材制造  生物3D打印 

    微纳3D打印

    专家解读供稿人:山东省增材制造工程技术研究中心  朱晓阳;兰红波

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    论文

    3D打印制造多色发光微结构

    具有高光致发光量子产率是固态照明和彩色显示研究的前沿。尽管Si和Zn共掺杂氮化镓可以表现出90%的生产率,但为了防止晶体结构缺陷下的快速非辐射重组,需要高纯度共价半导体同时依赖于在接近1000℃的高温下进行的固态合成。作为共价半导体的替代品,离子卤化物钙钛矿由于其高光吸收系数、可调带隙、高缺陷容忍度和高效的光致发光和电致发光特性而受到关注。尽管铅基卤化物钙钛矿具有显著的光电性能,但铅的毒性和复杂的胶体合成使大规模的应用复杂化。同时,使用过程还需要合适的配体来防止这些低维纳米结构的聚集。基于上述问题,来自加州大学伯克利分校杨培东教授等在光致发光领域取得突破,并利用微纳3D打印技术制备出了具有不同复杂形状的光致发光微结构,其制备过程如图1所示。研究人员首先研制了具有接近一致光致发光量子产率的的蓝光和绿光发色粉末,光致发光量子产率分别达到了96.2%和82.7%。然后将这些发色粉末均匀混合到一种自主研发的不含光吸收剂的树脂中,其主要由光单体聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)组成,具有高含量的光抑制剂来控制打印分辨率。聚合的PEGDA树脂在可见光谱内具有355-425nm的适度吸收峰。在250nm紫外线激发下,树脂表现出极低的发射强度。因此,发射器在蓝色和绿色范围内的发射颜色基本上不受影响。在进行搅拌和超声处理后,发色粉末均匀分散于PEGDA树脂中。最后,研究人员利用多材料数字光3D打印技术将树脂迅速转化为固体形成3D结构。图E到图H展示了具有不同层次结构和几何形状的共形和扭曲八位体桁架,包括立方八面体、十四面体和门格尔海绵结构,分别具有蓝色和绿色发射器或其组合。该研究可以作为发射离子粉末与3D打印技术集成的概念证明。3D打印发光结构的潜在应用广泛且不断发展,从复杂的室内环境照明解决方案到无缝集成到可穿戴设备中。图1复杂形状的光致发光微结构制备过程示意图

    关键词: 微尺度3D打印  多材料3D打印  光致发光结构  3D复杂结构  微纳3D打印 

    电子增材制造/3D打印电路

    专家解读供稿人:山东省增材制造工程技术研究中心  朱晓阳;兰红波

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    论文

    应用于神经形态电路中具有超高拉伸性和应变不敏感的混合双相液态金属复合材料

    在过去几十年中,可拉伸电子器件引起了广泛关注,因为它们能够在不平整和移动的表面上应用,并且适用于多种领域,如可穿戴传感器、机器人、AR、元宇宙以及人机界面。随着数据驱动世界的发展,这些应用所需处理的数据量不断增加,神经形态电路由于其低功耗和并行信号处理能力而被视为具有巨大潜力的候选电路。同时,在实现电子产品可拉伸性方面,必须采用具备高度机械稳定性、高导电性和在高应变下保持低电阻变化率的可拉伸互连器件。因此,韩国科学技术院(KAIST)的Lee等人开发了一种双相液态金属复合材料(BMP),它是液态金属颗粒(LMP)和石墨烯包覆的固态液态金属颗粒(RLMP)均匀混合而成(图1a)。制造的复合材料具有优异的拉伸性(1200%)、应变不敏感性以及无需任何后处理步骤的高导电性。因此,BMP非常适合用作神经形态电路的可拉伸互连器件。BMP是通过在共溶剂体系中利用两个关键的流体动力学过程实现的,即马兰戈尼效应以及随后的重力沉降过程。BMP可在室温下可直接沉积到可拉伸基底上,进而简单快捷的制造电路图案。BMP具有高导电性(2.3×106 S/m),且无需任何后处理步骤。为了证实BMP在可拉伸神经形态电路中的适用性,文中组装了一个可拉伸的多层神经形态电路。这个可拉伸神经形态电路集成了一个人工感觉神经元和一个带有BMP互连和垂直互联导线(VIAs)的突触电路,如图2a、b所示。上层是人工应变感觉神经元电路,包括两个各100兆欧的负载电阻、两个神经元、一个x轴应变传感器和一个y轴应变传感器。底层是人工突触电路,由四个突触构成,每个突触由一个独立晶体管和一个单型电阻串联而成。组装的系统能够区分双轴应变的变化,从而展示了它们在各种传感和信号处理应用中的潜力。这些研究成果对于材料科学的发展和应用具有重要意义。图1 应变不敏感BMP膜及其特性研究图2 利用BMP作为层间互联导线和垂直互连导线的可拉伸多层神经形态电路

    关键词: 人工神经元  双相  液态金属  神经形态电路  还原氧化石墨烯  电子增材制造/3D打印电路 

    多能场复合增材制造

    专家解读供稿人:高端装备机械传动全国重点实验室  伊浩;郎甜甜

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    专利

    低功率激光辅助旁轴TIG复合增材装置

    在电弧增材制造过程中,电弧能量密度低,增材时形成的熔池熔宽大、熔深浅,易产生层间未熔合等缺陷,且增材速度与送丝速度过大时,易产生咬边等缺陷。而低功率激光束可以增大热输入,促进熔池震荡搅拌。因此,将低功率激光束与旁轴TIG电弧共同作用于同一熔池有助于提高沉积层成形质量以及增材效率。本发明旨在提供一种提供低功率激光辅助旁轴TIG复合增材装置,涉及电弧增材制造设备技术领域,有助于在大气环境下实现超大型复杂构件的成型。本发明的装置主要由低功率激光增材加工头、旁轴TIG电弧增材枪体、机器人控制柜、工作台以及夹具组成,如图1。本发明通过设置低功率激光增材加工头、旁轴TIG电弧增材枪体和送丝机,在旁轴TIG电弧中引入低功率激光,共同作用于熔池,增加了热输入,提高了增材效率,保证在较高送丝速度与增材速度下不产生咬边等缺陷问题,共同作用于熔池,保证了熔池宽度的同时,增加了熔深,可解决增材过程中因熔深不足产生的层间未熔合等问题,促进熔池震荡、加速熔池搅拌,提高熔池凝固速率,细化熔池凝固晶粒,改善增材零部件微观组织与力学性能,提高增材制造质量。图1 低功率激光辅助旁轴TIG复合增材装置的结构示意图其中:1-低功率激光增材加工头;2-旁轴TIG电弧增材枪体;3-送丝机;4-送丝嘴;5-金属丝材;6-连接及控制装置;7-低功率激光器;8-旁轴TIG增材电源;9-六轴机器人;10-机器人控制柜;11-工作台;12-夹具;13-基板。

    关键词: 激光  TIG电弧  旁轴  低功率  成形质量  多能场复合增材制造 

    专家解读供稿人:高端装备机械传动全国重点实验室  伊浩;郎甜甜

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    专利

    一种超声辅助的电弧增材制造方法

    电弧增材制造的堆积层存在组织不均匀和柱状晶粗大等问题,且易出现气孔等缺陷,导致堆积层性能不佳。而超声振动可以搅拌熔池,改善熔池金属凝固组织和力学性能。因此,利用超声振动辅助电弧增材制造有助于改善增材制造堆积层性能,获得高性能的增材制造材料或零件。本发明旨在提供一种超声辅助的电弧增材制造方法,涉及增材制造领域,有助于提高超声辅助电弧增材制造过程中的超声作用效果。本发明使用的设备主要由电弧增材制造焊枪、保持架、搅拌针和超声振动器等装置组成,焊枪与搅拌针的安装形式主要如图1(a)和(b)所示。其中,焊枪和振动搅拌装置安装在同一个保持架上,能够更好地保证搅拌针跟随焊枪同步实现振动搅拌。搅拌针采用金属钨或者钨合金,能够更好地保证搅拌针不会和熔池金属产生反应。在进行电弧增材制造时,将具有往复超声振动特征的搅拌针直接插入到增材制造熔池中,并随熔池同步移动,对熔池金属的凝固过程实施超声振动和搅拌,能够更好地利用超声振动的空化效应和振动效应,减少焊接气孔,细化晶粒,提高焊接区域熔池边缘和非焊接区域在结晶过程中的结合强度,改善熔池金属凝固组织和力学性能。本发明具有能够在电弧增材制造过程中更好地引入超声辅助,提高超声作用效果,以改善电弧增材制造材料或零件的组织和力学性能的优点。图1 超声振动辅助电弧增材制造系统的结构示意图 (a)搅拌针从焊枪行进方向的前方或者后方斜向下作用于熔池中部下方示意图;(b)搅拌针从焊枪后方并垂直向下作用到增材制造熔池中部示意图其中:1-电弧增材制造焊枪;2-搅拌针;3-超声振动器;4-保持架;5-焊枪安装套;6-焊枪安装套转动调节手柄;7-振动器安装套;8-滑动套;9-振动器安装套振动调节手柄;10-螺栓;11-滑动套紧固用螺栓;12-凸起。

    关键词: 超声  电弧  同步移动  熔池  增材制造  多能场复合增材制造 

    仿生3D打印

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    新闻

    FiloBot:使用 3D 打印让机器人像植物一样生长

    Filobot 是意大利热那亚意大利理工学院 (IIT) 结合仿生学和 3D 打印的新项目。这是一款受攀缘植物启发的机器人,能够在 3D 环境下生长和“自我成型”。 自我生长机器人是软机器人领域的一种新兴解决方案,用于导航、探索和殖民非结构化环境,而它们在三维空间中生长和移动的能力仍在开发中。印度理工学院团队的灵感来自于对自然的观察,特别是攀缘植物和藤蔓植物。据观察,顶端生长是机器人像植物一样表达运动和适应形式的重要先决条件。该机器人有一个旋转头,可沉积热塑性长丝(使用 FDM 工艺)。Filobot 的显著特点是它能够根据外部刺激(包括重力、光和阴影)沉积细丝来生长,因此表现出与真实植物的向性相当的适应性行为。从它的动作来看,它真的就像一个活生生的身体。FiloBot 的复杂机制使其能够根据复杂栖息地中的间隙、潜在支持和路径进行生长。FiloBot 永远不会以相同的方式生长,而是根据其所处环境每次采用不同的方式。由于这些特性,它可用于多种应用,首先是环境监测:测量危险区域的污染,探索难以到达或未知的自然环境。这项创新虽然仍需要测试和微调,但其代表了仿生学和机器人技术结合的一个重要里程碑。

    关键词: 仿生学  自我生长机器人  软体机器人  FDM  仿生3D打印 

    其他材料打印

    专家解读供稿人:深圳大学增材制造研究所  陈张伟

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    论文

    飞秒激光直接打印无机纳米材料

    近日,清华大学李景虹院士团队在《Science》发表题为“3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystal”的研究论文,开发了一种飞秒激光直接打印无机纳米材料的通用策略(简称为3DPin),已在超过10种无机纳米材料中得到证实,包括各类重要的无机材料,即金属、半导体、金属氧化物及其混合物等。团队使用无机胶体纳米晶体作为相应无机材料的构筑单元,通过其表面配体间的非特异性光化学交联反应使任意不同纳米晶体之间形成稳定的共价键,发展了针对无机材料3D打印的普适性新化学与新技术。在无需光敏树脂等模板或支撑材料的情况下,3DPin方法可获得具有纳米级精度、高无机占比(质量分数大于90%)和高机械强度的任意3D结构。该方法所打印得到的结构保留了材料的固有光学性质,同时展现出结构所赋予的新的功能。例如,3D打印II‒VI族半导体螺旋阵列展现出宽光谱、高各向异性因子(可达~0.24)的手性光学响应。其次,作者团队阐明了3DPin的核心是胶体纳米晶体表面配体光化学引发的成键过程。团队以各类纳米晶体溶液为打印原料墨水,在其中加入少量交联分子(氮宾前体),利用光生氮宾与纳米晶体表面配体间的C‒H插入反应来构建纳米晶体之间的强共价键,从而形成稳定的3D打印结构。纳米晶体组分的多样性和氮宾反应的非特异性使该方法普遍适用于各种无机材料;飞秒激光的高空间分辨率和纳米晶体的快速扩散过程使纳米晶体在三维空间定点交联成键,实现纳米级精度3D打印。本工作所报道的3DPin方法基于非特异性的、光生氮宾介导的纳米晶体之间的共价连接,该成键过程不受纳米晶体或无机物组成限制,因而突破了前期工作中材料选择的限制。基于非特异性的纳米晶体成键过程所开发的3DPin打印方法,极大地拓展了3D打印无机材料库,为3D打印中“材料—结构—功能”的有机结合提供了可能。所获得的纳米精度3D打印半导体材料所展现出的优秀力学和手性光学性能具有重要的研究和应用前景。图1 飞秒激光直接打印无机纳米材料打印流程与打印件效果

    关键词: 飞秒激光  无机纳米材料  3DPin  其他材料打印 

    多材料打印或多功能材料打印

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    新闻

    麻省理工学院研究人员开发电磁铁3D打印方法

    麻省理工学院 (MIT) 的研究人员开发出一种方法,可以使用 3D 打印一步生产复杂的电磁线圈。这种线圈是许多电子设备的基本组件,从透析机、呼吸机和洗衣机,它们通过载流导体产生磁场。然而,将线圈集成到电子电路中存在困难。为了克服这个问题,麻省理工学院的研究人员改进了一台带有四个喷嘴的 3D 打印机,能够精确地将三种不同的材料叠加在一起:绝缘材料、线圈导线和磁芯,这使得一步打印紧凑的磁芯螺线管成为可能,无需耗时的后处理。与传统的 3D 打印工艺相比,这种方法可以使用性能更好的材料,因此可以实现更小的尺寸和更高的磁场强度。这有利于在传感器或机器人等领域的应用。研究人员现在希望通过优化材料和工艺温度来进一步提高性能,其中期目标是使用 3D 打印生产整个设备。这对于地球或太空任务中难以到达的区域尤其重要。

    关键词: 3D打印电磁线圈  多材料打印  多材料打印或多功能材料打印 

    前沿应用

    航空航天

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    新闻

    空中客车公司和AddUp公司在国际空间站安装了一台金属3D打印机

    法国 OEM制造商 AddUp公司 与空中客车公司合作,向欧洲航天局 (ESA) 交付了第一台太空金属 3D 打印机。这台打印机是在 NASA NG-20 任务中发射的,搭乘 SpaceX Falcon 9 火箭前往国际空间站 (ISS)。该打印机专为微重力环境而开发,将在 Huginn 任务中发挥至关重要的作用。ESA 宇航员兼猎鹰 9 号飞行员安德烈亚斯·摩根森 (Andreas Mogensen) 将在哥伦布欧洲科学舱上看到宇航员在太空中进行 3D 打印。该打印机自 2016 年起由 AddUp 和空中客车公司在克兰菲尔德大学和航空航天承包商 Highftech Engineering 的协助下开发,是一种线控能量沉积 (DED) 系统。其设计包含一个用于存储电线的盒,同时最大限度地减少热量和颗粒排放并补偿运动。该打印机预计最早于下个月开始运营,标志着太空应用金属 3D 打印的重大进步。

    关键词: 金属3D打印机  微重力环境  航空航天  航空航天 

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    新闻

    铂力特3D打印支持Zhuque-3 VTVL火箭首次成功试射

    中国民营航天公司蓝箭航天完成了可重复使用Zhuque-3 VTVL火箭的首次成功试射和着陆。“跳跃”测试任务验证了该公司垂直起降(VTVL)液氧甲烷火箭第一级的方案。不锈钢火箭从酒泉卫星发射中心升空,在60秒内到达约350米的高度,然后返回指定着陆区。此次测试实现了约0.75m/秒的着陆速度,着陆精度为2.4m。此次回收试验的成功验证了火箭控制系统与发动机推力调节特性的兼容性、制导控制系统的准确性以及火箭软着陆缓冲机构的可靠性。在Zhuque-3 VTVL-1 的开发过程中,铂力特 (BLT) 的金属 3D 打印技术发挥了关键作用,该火箭具有大量 3D 打印部件,其中包括接头元件、点火器支架及其复杂的自由体部分。这些组件具有复杂且非常规的结构,这对传统的制造方法构成了挑战。BLT 3D 打印使该公司能够缩短生产时间、加快交付速度并支持快速开发迭代。

    关键词: VTVL  液氧甲烷火箭  金属3D打印  航空航天  航空航天 

    生物医疗

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    新闻

    越南首个3D打印骨盆和股骨植入物为骨癌治疗开创新的里程碑

    越南 Vinmec 总医院的外科医生采用先进的 3D 打印技术,实现了医学里程碑。他们通过制造 3D 打印的人造骨头,能够在手术期间替代患者的骨盆和部分股骨,这一成就世界首创。它的设计目的是为解决一种极其罕见的癌症——转移性骨癌。人造骨取代了移除的骨盆和股骨部分,采用独特的设计,由生物相容性医用钛合金制成。其空心蜂窝结构不仅模仿了原始骨盆的形态,且材料也非常轻,其所占体积不到天然骨骼的一半。尽管是中空的,但却很坚固,可以承受 10 倍于真骨的力,同时保持类似的弹性和支撑。此外,与健康骨骼接触的表面因微孔而变得粗糙,可促进骨细胞的生长,从而增强手术后的稳定性。这些 3D 打印植入物还可以大大缩短恢复期,比传统手术的预期恢复时间缩短了 65%。这一突破代表了医疗领域的重大飞跃,展示了 3D 打印在解决危及生命的情况方面的能力。

    关键词: 股骨植入物  生物相容性  钛合金  3D生物打印  生物医疗 

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    新闻

    Open Bionics新型3D打印手指成功首次采用,商用即将推出

    英国机器人公司 Open Bionic 宣布,其 3D 打印手指装置首次被来自伦敦的手截肢者采用。这款新型 3D 打印假肢名为 theHero Gauntlet,是使用 Open Bionics 的 3D 扫描和增材制造技术为 50 岁的伦敦人 Suleman Chohan 制造的。Gauntlet 根据个人用户需求定制,使先天性和后天性部分手肢差异的人能够重新获得手部功能。手套上的手指移动可以通过手腕弯曲动作轻松控制。自从收到 3D 打印的手套后,Chohan 重新获得了进行一系列双手活动的能力,其中包括使用手机、骑山地自行车、准备食物、购物和 VR 游戏。包括 Chohan 在内的一群人已经测试 3D 打印设备一年多了,Open Bionics 团队评估了某些功能在日常生活中的表现,最终产品的全面商业发布“即将推出”。

    关键词: 3D打印假肢  个性化定制  生物医疗  生物医疗 

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    新闻

    研究人员3D打印功能性人脑组织

    据威斯康星大学麦迪逊分校称,一组科学家开发出了第一个 3D 打印的脑组织,它可以像典型的脑组织一样生长和发挥作用,这是一项重大成就,有助于用于治疗神经系统和神经发育障碍,例如阿尔茨海默病和帕金森病。这可能是一个非常强大的模型,可以帮助我们了解人类的脑细胞和大脑部分如何进行交流。它可能会改变我们看待干细胞生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病发病机制的方式。打印的细胞穿过介质,在每个打印层内部以及跨层形成连接,形成与人脑相当的网络。神经元通过神经递质进行通信、发送信号、相互作用,甚至与添加到打印组织中的支持细胞形成适当的网络。打印技术提供了精确性——对细胞类型和排列的控制——这是大脑类器官(用于研究大脑的微型器官)所没有的。类器官的生长需要较少的组织和控制。威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员希望探索专业化的潜力——进一步改进他们的生物墨水并改进他们的设备,以允许打印组织内细胞的特定方向。

    关键词: 3D打印脑组织  神经发育障碍  大脑类器官  生物医疗 

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    新闻

    CMU 研究人员利用 3D 冰打印在组织工程领域取得突破

    卡内基梅隆大学 (CMU) 的研究人员通过使用冰 3D 打印,在制造血管样结构方面取得了非凡的精度。他们通过复制对器官功能至关重要的复杂微尺度网络解决了组织工程中的关键挑战。卡耐基梅隆大学方法的核心是重水,这是一种独特的水形式,其中氢原子被氘取代,从而提高冰点并形成光滑的冰结构。之后,再将这些 3D 打印的冰模板嵌入GelMA明胶材料中。当暴露在紫外线下时,明胶会凝固,而冰会融化,留下复杂细致的血管通道,与天然血管通道非常相似。这一突破不仅证明了创建逼真血管网络的可行性,还为无数潜在应用打开了大门。这项研究最重要的成就之一是成功地将内皮细胞引入人造通道中。这些细胞在明胶基质上表现出长达两周的活力,暗示着在未来迭代中长期培养的可能性。研究小组表示,这种方法还有望应用于包括血管药物测试和个性化医疗等领域。

    关键词: 3D冰打印  血管样结构  生物医疗  生物医疗 

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    新闻

    蒙特利尔的研究人员开发出 3D 打印的“芯片心脏”设备

    蒙特利尔大学的研究人员开发了一种“芯片心脏”设备,有望提高人们对心血管疾病的了解,并有助于开发新的精准治疗方法。该设备被称为“芯片心脏”,采用 3D 生物打印技术,由特殊生物墨水制成。它有望促进对心脏病个体本质的更深入了解,并能够在自动化、高通量过程中开发和准确评估新疗法。该设备及其生物墨水由药理学教授 Houman Savoji 和博士生 Ali Mousavi 领导的团队开发,并发表在《今日应用材料》杂志上。研究的下一步将是比较健康和患病的心脏细胞,以开发可靠的心脏病学模型,这将使我们能够安全、准确地测试新的治疗分子对细胞的作用。

    关键词: 芯片心脏  3D生物打印  生物墨水  生物医疗 

    建筑

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    新闻

    研究人员成功开发使用冰模板的高效混凝土制造方法

    苏黎世联邦理工学院建筑和数字制造专业的学生设计了一种使用冰模板创建混凝土构件的新方法,解决了溜冰场重铺过程中产生的多余冰的问题。这种方法被称为冷生产,其利用数字雕刻的冰作为模具材料,并采用空间混凝土晶格和堆叠原理。该过程实际上涉及两个模具。首先,制作3D打印塑料模具,然后将冰压入模具中,形成冰模板。在浇注并固化混凝土后,将构件从 -10°C 实验室中取出,并留在室外脱模,让冰融化并露出复杂的网格设计。这种大规模生产方法利用来自当地溜冰场的 8400 公斤冰,最大限度地减少能源消耗并提高生产速度。混凝土构件相互交织的几何形状可实现连续的结构组装。冷生产以冰模板项目为基础,突出了冰以复杂形式浇筑混凝土的潜力。这种创新方法不仅重新利用了多余的冰,而且还推动了建筑数字化制造领域的发展。

    关键词: 冰模板  混凝土构件  3D建筑打印  建筑 

    专家解读供稿人:中国建材总院  王振地

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    论文

    早期徐变对3D打印混凝土可建造性的影响

    3D打印混凝土(3DPC)是新兴的建筑数字制造方法之一,通过逐层挤压过程建造计算机设计的结构,目前已在建筑行业得到了部分应用。但由于缺乏对3D打印过程中的材料特性和结构行为的了解,这项技术尚无法在建筑行业中得到广泛使用。建造性是指3DPC在新拌状态下能够承受自身重力和外部载荷而不发生破坏的能力,是3DPC的重要性能指标。建造性不良会导致3D打印过程中发生坍塌。而3DPC的早期徐变是否会影响到其建造性呢?实验室常常采用试错的方法设计打印方案,通过一系列的试验,以保证成功打印。但这种方法需要付出大量的时间和劳动成本。来自荷兰代尔夫特理工大学的研究者们建立了一个模型尝试通过数值模拟的方法来模拟打印过程,并获得建造性的量化指标,进而研究早期徐变对3DPC建造性的影响。相关研究成果于2023年9月发表于期刊《Additive Manufacturing》上。这项研究采用了一种基于格子模型的数值模拟方法:将每个格子单元的徐变应变转化为等效的局部力,然后施加到格子模型上,以模拟早期徐变的影响,其中徐变的计算考虑了硬化时间和加载时间的双重影响。研究者们使用实验测得的早期徐变函数和新拌强度函数作为模型的输入参数,对一个墙体结构进行了3D打印模拟,预测了其临界打印高度和失效模式,并与实验结果进行了比较,发现模型能够较好地重现实验现象。研究者们指出3D打印过程中有两种破坏模式,分别是弹性屈服以及塑性塌陷,并研究了不同的失效模式(及两者的组合)对早期徐变的敏感性。结果表明,早期徐变对塑性塌陷为主的失效模式有较大的影响,而对弹性屈服为主的失效模式影响较小。这项发现强调了在评估3D打印结构的建造性和失效行为时考虑徐变影响的重要性。图1 打印过程中的结构破坏模式(a)弹性屈服(b)塑性塌陷

    关键词: 早期徐变  建造性  数值模拟  建筑 

    专家解读供稿人:中国建材总院  王振地

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    专利

    粉末3D打印高强高韧性水泥基材料及其制备方法

    随着社会科学技术的不断进步,人们对水泥基材料的要求从传统的承受荷载的作用转变到如今往高性能、多功能以及绿色可持续的方向发展。但水泥材料由于脆性大、韧性差而在工程应用中常常产生大量裂缝,导致结构承载力下降等诸多问题。3D打印技术如今也应用于建筑领域。相较于传统建筑施工工艺,粉末3D打印具有形状自由、成本低效率高、设计灵活、安全性高、准确度高等几大优势,但因可打印材料的要求,目前只有快速硬化硅酸盐水泥、铝酸钙水泥、氯氧镁水泥和少量水泥基聚合物可以用于粉末3D打印,这些有限的材料不能满足工业应用的多样性要求,迫切需要新型材料以解决现有问题。河北工业大学于 2023年 3月公开了一种粉末3D打印高强高韧性水泥基材料及其制备方法,属于新材料技术领域。针对粉末3D打印过程中逐层打印降低层间界面粘结性能、打印层材料凝结时间长、强度低降低可建造性和无模养护提高收缩开裂等问题,该方法结合磷酸镁水泥(MPC)高粘结性、快硬早强和粉末3D打印工艺智能性、灵活性及精确性的优势,利用增强增韧液体和增强增韧粉末组分,研制出可粉末3D打印的高强高韧性MPC水泥基材料,解决了粉末3D打印技术对材料早期快硬高强性能、打印层间界面弱化和无模养护需求的问题。该方法使用纳米材料(粒径在1~100nm),以其表面活性能高、活性强、小尺寸等优于常规材料的特点对水泥基材料进行改造。纳米颗粒加入到水泥中不仅可以填充水泥的空隙,优化颗粒体系的粒度分布,更重要的是改善其微观结构,提高力学性能。由于纳米粉体的高表面活性和小尺寸效应,以纳米颗粒为核心,大大地提高了水泥硬化的力学强度和渗透性。该方法使粉末3D打印MPC材料的孔隙结构得到优化,劈裂与抗折强度得到显著提高(表1列出了粉体种类对不同打印方向的强度影响)。表1 粉体种类对不同打印方向的强度影响

    关键词: 粉末3D打印  水泥基材料  高强高韧  建筑 

    文化创意

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    新闻

    受变色龙启发而新开发的多色3D打印技术

    受变色龙变色能力的启发,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发了一种可持续技术,可以用单一墨水3D打印多种动态颜色。由化学与生物分子工程副教授刁英及其团队开发的用于3D打印的紫外线​​辅助直写技术可以通过调节光线来改变结构颜色。该方法控制专门设计的交联聚合物的蒸发诱导组装。通过设计新的化学物质和打印工艺,可以动态调节结构颜色,以产生以前不可能的颜色梯度。与来自吸收光的化学颜料或染料的传统颜色不同,许多生物系统中丰富的结构颜色来自干扰可见光的纳米纹理表面。这使得它们更加充满活力,并且可能更具可持续性。这一发现不仅预示着 3D 打印中色彩设计和应用的进步,而且也朝着更可持续的彩色材料生产迈出了一步。

    关键词: 文化创意 

    国防

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    新闻

    Mitre和ONR推出海上无人机

    关键词: 小型无人机  UAV  快速原型开发  国防 

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    新闻

    EOS推出用于LPBF 3D打印的EOS铜合金CuNi30

    EOS 推出了用于LPBF打印的 EOS 铜合金 CuNi30,这是一种专为激光粉末床熔融 3D 打印而定制的铜镍合金。它具有令人印象深刻的机械性能,包括 510 MPa 的 UTS 和超过 20% 的伸长率,符合 ASTM B369-09 中的 UNS C96400 规范。这种材料是EOS与 Phillips Federal 和 Austal USA 合作为潜艇工业基地 (SIB) 开发的,可解决传统铸件的供应挑战,符合美国海军 2+1 哥伦比亚级和弗吉尼亚级潜艇平台的目标。EOS 铜合金 CuNi30 的推出有望彻底改变传统上依赖于昂贵铸造工艺的铜镍合金制造。借助 EOS 的增材制造技术,制造商现在可以提高供应链效率、缩短交货时间并减少库存。这一开发不仅满足严格的应用要求,还增加了新的设计可能性,使制造商具备区域性、本地化和按需生产的能力。

    关键词: 铜合金  潜艇制造  国防 

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    新闻

    林肯电气将为美国海军增材制造大型金属推进部件

    柏克德工厂机械公司 (BPMI) 选择林肯电气的大型金属 3D 打印解决方案为美国海军提供关键任务应用。BPMI 是美国海军核推进计划 (NNPP) 的主承包商。通过一项开发计划,林肯电气将 3D 打印直径近 10 英尺、重达 20000 磅的大型推进部件。林肯电气相信其基于线材的 3D 金属打印平台是世界上同类产品中最大的。该公司在俄亥俄州克利夫兰运营该技术,进行垂直整合,拥有 3D 机器人单元集成、其专有的 SculptPrint OS 软件以及各种合金来补充其基于线的金属 3D 打印工艺。这些技术共同有助于生产大型金属零件,其速度比传统铸造或锻造方法“快八倍”。 金属增材制造对于推动创新和供应链弹性至关重要,使该计划能够为美国海军提供先进的制造能力。

    关键词: 3D金属打印  推进部件  大型金属部件  国防 

    学术与教育

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    新闻

    AI 驱动的 Deep-DRAM:超材料发现的飞跃

    代尔夫特理工大学的研究人员推出了 Deep-DRAM,这是一种有望改变超材料开发的人工智能工具。通过超越传统材料的限制,Deep-DRAM 有望提供功能更强的可定制材料。超材料被设计用来挑战自然特性,在电信、声学和航空航天技术中得到应用。传统的超材料设计在解决逆问题方面面临挑战,阻碍了实际应用。Deep-DRAM 通过采用深度学习模型和有限元模拟来解决这一障碍。其模块化框架能够根据特定需求创建耐用的超材料,其创新在于 Deep-DRAM 能够生成抗疲劳和断裂的微架构,确保实际可用性。其模块化设计简化了计算过程,使其具有成本效益且适用于各个行业。除了实验室范围应用之外,Deep-DRAM 还为医疗保健、航空航天等领域提供切实可行的解决方案。通过将人工智能与材料科学相结合,它为骨科植入物、软体机器人等领域的应用开辟了新的道路。Deep-DRAM 的诞生标志着材料创新的重大飞跃。

    关键词: 超材料  人工智能  深度学习  有限元模拟  学术与教育 

    消费品

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    新闻

    工程师利用 3D 打印技术打造无人机伞

    为了推进古老的雨伞设计,一名工程师制作了一把会在下雨天跟随使用者的飞行雨伞。该设备将商店购买的雨伞与精心设计的 3D 打印组件和螺旋桨结合在一起。这项创作解决了长期存在的传统雨伞手臂抽筋问题,让我们得以一睹防雨的未来。与之前螺旋桨错位的尝试不同,该设计采用了由轻质碳纤维制成的中央 X 形框架,赋予其独特的伞式无人机混合外观。尽管该设备在大雨和强风中的性能仍有待严格证明,但最近的修改增强了稳定性。虽然当前的模型需要远程控制,但自动运行的飞行伞的前景为恶劣天气条件下的机动性开辟了新的途径——提供了在长时间阵雨中可以以某种方式解决飞行时间短的问题。

    关键词: 消费品 

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    新闻

    Wilson的 3D 打印篮球上市

    美国体育用品制造商Wilson推出了一款没有气囊的 3D 打印篮球“Airless Gen1”。该篮球是与 3D 设计公司 General Lattice 合作开发的,每个售价 2500 美元。Airless Gen1 在重量、尺寸和弹跳方面均符合 NBA 用球的性能标准。3D 打印的晶格结构取代了气囊,可实现持久的尺寸稳定性。该篮球使用EOS的EOS P396 3D打印机进行生产,并采用DyeMansion 染色并进行表面处理。该篮球与原型相比进行了许多改进。例如,通过数字和物理测试优化网格,以实现一致的球性能。Wilson 表示,3D 打印技术可以实现可持续生产和快速定制。未来,公司计划进一步开发“Gen2”。

    关键词: 3D打印篮球  晶格结构  FDM  消费品 

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    新闻

    PUMA Mostro 3D打印运动鞋再现纽约时装周

    现在,著名鞋履设计师 Puma 也加入了增材制造的潮流。在纽约时装周上,该公司展示了 1999 年推出的 Mostro 鞋的 3D 打印版本,让这款 2000 年代的流行款式卷土重来。在时装周上,Puma 展示了 Mostro 的多元化新作品,Mostro 的名字来源于意大利语,意为“怪物”。重新发布的旧版 Mostro 鞋款的特点是将传统上熟悉的鞋款(以其尖刺鞋底和 Velcro 顶部而闻名)与 3D 打印等创新功能相结合。因此,PUMA重新思考了八十年代和九十年代流行的时尚,并将其带入现代。为了以尽可能广泛的服装组合展示重新设计的 Mostro,展会上展示了 56 种不同的造型,其中一些可以在 Puma 即将推出的 2024 年秋季产品目录中看到。

    关键词: 3D打印运动鞋  时尚潮流  消费品 

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    INTENSE Cycles采用3D打印技术重新设计M1下坡自行车

    增材制造材料开发商 Elementum 3D 和德国机床制造商通快合作,增强了 INTENSE Cycles 的 M1 速降赛车。INTENSE Cycles 致力于自行车行业三十多年,旨在重新设计自行车的主干,这是提高悬架性能的关键要素。该任务涉及用 A6061-RAM2 铝合金制作统一的主干,并结合内部罗纹以增强强度并最大限度地减轻重量,这是传统加工方法无法完成的任务。INTENSE 与通快合作,利用该公司打印自行车零部件的增材制造技术及其在利用可焊接 A6061-RAM2 方面的专业知识。该项目还包括利用 Elementum 3D 的 A6061-RAM2 合金,与 INTENSE 铝制框架中使用的合金相适应。增材制造为自行车行业带来了巨大的潜力,提供了更多的定制化、和生产灵活性,并缩短了开发时间。考虑到这一点,许多自行车公司已开始使用增材制造来进一步增强其自行车生产流程。

    关键词: 速降赛车  金属3D打印  消费品 

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