革命性突破!3D列印登上《Science》,列印速度提升上百倍

2021-02-25 高分子科學前沿
3D列印的概念已經日趨成熟，但是在成熟化工業化方面還遭受了很大的掣肘。傳統的3D列印為了列印大型物體需要是用更大的零件，但是換用更大的零件則必然犧牲速度、產率和解析度。這種量度和精度的矛盾問題成為3D列印工業化發展的門檻。視頻 | 經加速處理，視頻時長 52 秒的大尺寸 3D 列印過程（來源：Northwestern University）西北大學的Chad Mirkin和George B. Rathmann教授介紹：「如果我們能夠在不受材料原料和尺寸限制的情況下進行快速大量列印，我們將徹底改變製造方式。HARP準備做到這一點。」HARP（high-area rapid printing）技術是基於0.2平方米，高度為4米的印表機床，可以在一個小時內列印約半米高的零件。這是3D列印領域的創造性技術革新。這意味著它可以一次列印單個大型零件或者多個小型零件。基於這項技術，Chad Mirkin等人也創辦了名為AZUL3D的公司。Chad Mirkin教授預計這種全新的3D列印技術將於18個月後投入市場。若這項技術成功，則是對於傳統的生產方式一次偉大的革新——沒有模板，無需零件，完完全全的按需生產。HARP是通過垂直列印的方法，用紫外線固化樹脂。這個技術可以列印具有良好機械性能的陶瓷零件。此外，Mirkin等人使用「液態特氟龍」（Teflon，聚四氟乙烯）在界面上循環冷卻降低界面的熱量，從而大大提高了列印速度。這篇文章以Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface為題發表在《Science》雜誌上。圖1. 有望連續列印的流動界面剖面圖。A. HARP列印方法示意圖；B. 不同流蘇條件下列印不見的列印速度分布；C. 列印零件滑移邊界剖面圖。當前限制3D列印速度的主要因素時高速列印時會在埠產生大量的熱量（有的時候超過180℃）。這不僅會影響3D印表機的使用壽命，還會影響列印零件。速度越快，印表機產生的熱量就越大。Walker說：「當這些印表機高速運行時，樹脂的聚合會產生大量的熱量。」 「他們沒有辦法消散它。」西北大學的教授通過「液態特氟龍」避免了這個問題。HARP通過窗口投射光線以固化垂直移動板上的樹脂。循環冷卻的液體聚四氟乙烯在埠上流動帶走多餘的熱量。「我們的技術像其他技術一樣產生熱量，」Mirkin教授說，「但是我們有一個可以散熱的界面。」Hedrick補充說：「液體粘附性差，可以防止循環冷卻液體粘附到印表機本身。」 這種方法將印表機的列印速度提高了上百倍。圖2. 3D列印部件（硬聚氨基甲酸酯樹脂）紅外熱成像圖。A 固定式列印界面 B 流動式列印界面 C 循環冷卻的流動列印界面。
圖3. 可工業化生產的材料和液體 A 3D列印的具有各向同性力學性能的聚氨酯丙烯酸酯樹脂狗骨狀材料，其性能可與工業澆築相媲美；B HARP可實現高解析度和精細化列印 C 在列印成果和它的CAD設計文件顯示的體積相關性為93%。藍色和紫色部分分別代表列印物體和其CAD模型。D 掃描列印3 mm厚的骨狀材料時垂直於列印面的移送軌跡。E 對輪廓測量數據的分析。F 列印不同尺寸的狗骨狀材料時，最大拉應力基本保持不變。圖4. A 一個堅固的，可加工的多孔聚氨酯丙烯酸酯零件。傳統的非連續逐層列印技術通常在列印垂直方向上的孔狀結構時出現分層和斷裂。B處理後的碳化矽陶瓷列印結構。C和D 一種列印的丁二烯橡膠結構分別在自然條件和受力時的照片。E 聚丁二烯橡膠壓縮後恢復原裝。F ~1.2 m硬聚氨脂丙烯酸酯印刷時間不到3小時。當前工業製造使用的製造方法過程繁瑣，通常需要預先設計的模具再進行組裝填充。這些模具昂貴，難以重複利用且佔地面積大。儘管3D列印正從實驗室過渡到工業領域，但目前3D印表機的尺寸和速度將其限制於小批量生產。HARP是第一臺可以處理大批量的大零件和小零件的印表機。Mirkin說：「當您可以快速，大尺寸列印時，它確實可以改變傳統的製造方式。」 「使用HARP，您無需模具也無需任何零件的倉庫，就可以建造任何想要的東西。您可以按需列印任何您可以想像的東西。」 HARP一旦成熟化使用，將是一次偉大的工業技術革新。3. 創新的循環液體，耗散熱量，從而突破了傳統立體光刻3D列印的限制https://science.sciencemag.org/content/366/6463/360https://news.northwestern.edu/stories/2019/10/biggest-fastest-3d-printer-is-future-of-manufacturing/&fj=1

---納米纖維素找北方世紀---

---測試找易科學---

來源：高分子科學前沿

聲明：凡本平臺註明「來源：XXX」的文/圖等稿件，本平臺轉載出於傳遞更多信息及方便產業探討之目的，並不意味著本平臺贊同其觀點或證實其內容的真實性，文章內容僅供參考。如有侵權，請聯繫我們刪除。

我們的微博：高分子科學前沿，歡迎和我們互動。

添加主編為好友（微信號：polymer-xiang，請備註：名字-單位-職稱-研究方向），邀請您加入學術圈、企業界、碩博聯盟、北美、歐洲、塑料、橡塑彈性體、纖維、塗層黏合劑、油墨、凝膠、生物醫用高分子、高分子合成、膜材料、石墨烯、納米材料、表徵技術、車用高分子、發泡、聚醯亞胺等一系列技術交流群。同時可以在菜單中回復「交流群」，獲取群目錄。

添加 小編  微信（務必備註：名字-單位-職稱-研究方向）

邀請您入討論群

（ 微信二維碼  掃碼添加）

我們的QQ交流群：451749996（務必備註：名字-單位-研究方向）

投稿 薦稿 合作：editor@polysci.cn

相關焦點

  • 革命性突破!3D列印最新研究今登Science,列印速度和體積獲數量級提升
    美國西北大學（Northwestern University）的研究團隊開發出一種極具未來性的新款 3D 印表機，該印表機比目前市場上現有的都要大許多，列印速度也快了很多——可以在幾個小時之內列印出成人大小的物體。
  • 國產光固化3D印表機速度大幅提升!
    3D列印，速度到底有多快，還有底嗎？
  • 案例 l 高效且輕巧的金屬3D列印槍口抑制器
    不同的抑制器具有不同的用來減少射擊聲音、火焰的內部結構。槍口抑制器屬於內部結構複雜的產品，設計優化難度大，而3D列印技術為抑制器設計優化打開了新空間。根據3D科學谷的市場觀察，紐西蘭一家3D列印企業通過3D列印技術為國防機構生產槍口抑制器，最近該公司獲得了保密批准，對外披露了3D列印抑制器的少量信息。
  • 3D列印優點和技術原理
    3d列印技術是什麼?
  • EFL投影式光固化生物3D列印四大亮點
    3D列印解析度高、列印速度快、可實現複雜結構精細列印，在水凝膠/細胞高精度批量製造上具有顯著優勢，適合於臨床及動物實驗中批量可重複需求，已逐漸成為主流生物3D列印方法。此外，EFL團隊針對投影式光固化載細胞列印從材料製備、列印工藝、後續培養上進行了系統性研究，可為客戶提供整套解決方案及技術支持，協助客戶進行不同種類細胞的輕鬆列印。
  • ExOne與福特合作:突破鋁材6061粘合劑噴射3D列印技術
    據南極熊獲悉，金屬3D印表機全球領導者ExOne於2021年3月11日宣布與福特汽車公司合作推出新型粘合劑噴射3D列印技術，以及首個成功被燒結的高密度鋁製零件。兩家公司正在對新研發的工藝申請專利。新工藝據說可以製造性能堪比壓鑄工藝的金屬零部件，且密度大於99%。目前，這項技術已經成功應用於燒結鋁6061材料（世界上最常用的鋁合金之一）。
  • 4D列印比3D列印厲害在哪?-【e鍵列印】每周精選
    4D列印最關鍵是記憶合金。4D列印由MIT與Stratasys教育研發部門合作研發的，是一種無需印表機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。大小形狀可以隨時間變化。　　3D列印全彩人像過程揭密？　　3D列印人像現在在禮物市場很火，從明星到普通老百姓都流行起了列印3D人像作為禮物送人。
  • 四川大學盧燦輝/張偉團隊在CLIP 3D列印材料方向取得系列進展
    連續液相界面製造（Continuous Liquid Interface Production，CLIP）是2015年面世的一項革命性光固化3D列印技術。CLIP利用氧氣的阻聚作用，在投影窗口上方形成無法固化的樹脂薄層 （dead zone），避免了固化的列印件與投影窗口的粘連，實現了3D列印過程的連續製造，進而能有效抑制傳統3D列印中常出現的「臺階」效應，並大幅度提高3D列印速度和精度。長期以來，3D列印材料種類偏少，高性能多功能3D列印材料匱乏，在很大程度上制約了3D列印技術的應用和發展。
  • 3D列印顛覆中國製造業?
    三維(3D)列印技術及生產科技不斷發展，已為工業生產活動帶來前所未有的革命性轉變。究竟3D列印對中國製造業是一種威脅還是商機?
  • 3d列印的原理及三種常見的技術類型!
    其實，3d列印就是應用三種主流（常見）的技術類型。一、3d列印簡介所謂的3d列印就是『三維列印』，目前我們接觸比較多的，都是二維列印（或稱『平面列印』），就是將不同顏色的粉墨或其他材質打在或印在平面上。
  • 難熔金屬製成的PBF 3D 列印零部件面面觀
    這使它們成為一系列具有挑戰性的航空航天、工業和科學用途的絕佳選擇。在此與其相對較高的成本之間，難熔金屬的使用長期以來一直僅限於工件形狀相對簡單、材料去除量極少以及高溫合金無法按需發揮作用的應用。根據來自加利福尼亞州的Castheon公司，當前雷射粉末床熔化 (LPBF)工藝 解決了與難熔金屬和合金相關的大部分可製造性問題。尤其是金屬增材製造技術允許創建拓撲優化的輕量級組件，這些組件包含多孔或晶格結構，否則這些組件的設計是不切實際甚至是不可能生產的。
  • 關於3D列印建模的實用乾貨
    當下3D列印技術越來越普及，同時隨著3D列印門檻的降低，越來越多的人可以接觸到這種神奇的技術。一個配套的切片軟體New Creality Slicer下載連結：https://www.cxsw3d.com/qiepianruanjian.html接下來就是3D建模的事情了以下8款3D建模軟體，供大家參考：當然還有以下的3D列印建模模型網站可以下載現成的模型：Creality：
  • 三分鐘了解3D列印技術
    3D印表機技術是以一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。下面就給大家介紹下3d列印技術的發展、應用和優點。定義3d列印技術是快速成形技術的一種，它運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過一層又一層的多層列印方式，來構造零物件。
  • Science子刊:呂堅團隊全球首創陶瓷4D列印!
    香港城市大學呂堅教授研究組全球首次實現了陶瓷的4D列印。
  • 經驗分享FDM 3D列印精度的提升法則
    FDM通俗來講就是利用高溫將材料融化成液態，通過列印頭擠出後固化，最後形成立體實物。FDM機械系統主要包括噴頭、送絲機構、運動機構、加熱工作室、工作檯五個部分。熔融沉積工藝使用的材料分為兩部分：一類是成型材料，另一類是支撐材料。
  • 3D列印原理|高分子篇
    3D列印是製造業領域的一項新興技術，被稱為「具有工業革命意義的製造技術」。近年來，隨著工業技術的進步，3D列印技術得到迅速發展並得到媒體的廣泛關注，各類3D列印技術被紛紛報導。面對眾多的3D列印技術，各位小夥伴是不是有點hold不住了？沒關係，下面小編為大家整理十大3D列印技術，用動圖的方式生動呈現出其原理，把高大上的3D列印技術拉下神壇！
  • 3D列印模型表面工藝處理方法
    補土是填平3D列印模型表面的好辦法　　具體而言，這個辦法是使用名叫「補土」（Putty）的快速固化樹脂來填平這些溝壑。這裡尤其是水補土，是一種噴罐，乾燥的速度要比一般的補土快，並且具有很好的附著力和硬度，這在模型的製作過程中頗為常見。　　水補土也可以填平，但是成本很高，且速度慢效率低　　補土能填補溝壑讓3D列印模型表面變光滑。
  • 列印速度達400毫米/秒的3D印表機D3D OnePro
    近日，義大利3D印表機製造商Dynamo3D推出了一款列印速度超快的3D印表機D3D One Pro。那麼，這款機器的速度快到什麼程度呢？
  • 《Science Advances》最新3D列印新突破性研究(全譯文): 功能梯度液晶彈性體的三維列印
    獨立LCE細絲只有當液晶聚芳酯纖維在宏觀尺度上排列時才會產生熱收縮。因此，對於一根細絲而言，排列的殼層是其驅動行為的唯一貢獻者。芯殼尺寸比決定了細絲的整體熱機械性能，可通過改變列印溫度T、噴嘴與列印床之間的距離h以及噴嘴內徑d來調節，如圖1A所示。其它列印參數，如列印速度V和流速，在本實驗中是固定值（詳見材料和方法）。
  • 周報·3D列印丨可以自動澆水的3D列印花盆
    隨著網際網路的發展，3D列印被賦予了數位化，衍生出了智能化的3D列印技術。目前3D列印技術充滿朝氣，蓬勃向上，處於火速發展階段。但是隨著社會輿論的不斷報導，3D列印被賦予的神奇的功能，概念的火熱讓很多人變得更加迷茫，甚至是失去了理性的判斷。因此，為了更好的幫助大家了解3D列印的最新動態，還原3D列印的真實面目和實用功效，材料人網特地推出3D列印周刊，彙編世界3D列印最新成果。