告別了2016，進(jìn)入了2017。2017年一定是3D打印發(fā)展關(guān)鍵年，而立足2016年，我們又有什么樣的資本來(lái)迎接2017年的市場(chǎng)機(jī)遇呢？在此，特選出3D打印領(lǐng)域填補(bǔ)市場(chǎng)空白的創(chuàng)新技術(shù)，希望在2017年，有更多的科研力量投入到3D打印領(lǐng)域的創(chuàng)新中，有更多的社會(huì)力量來(lái)關(guān)注這些堅(jiān)毅前行的研究工作者，為創(chuàng)新加油！

鉑力特

創(chuàng)新一：光柵-鎢

鎢材料的硬度高，脆性大，導(dǎo)電性差，機(jī)加工困難，采用傳統(tǒng)的減材制造工藝難以成形形狀復(fù)雜的零件。且鎢材料的熔點(diǎn)在金屬中最高，熔點(diǎn)高達(dá)3400℃，是典型的難熔金屬，成形更加困難。

鉑力特經(jīng)過多次研究試驗(yàn)，研制出專門針對(duì)難熔金屬和高導(dǎo)熱高反射金屬的專用3D打印裝備BLT-S300T，有效地解決了以上問題，打印出了鎢合金零件，并且工藝參數(shù)穩(wěn)定，成形良好。該零件整體采用薄壁結(jié)構(gòu)，最小壁厚僅0.1mm。

創(chuàng)新二：復(fù)雜流道的尾噴管-銅

選區(qū)激光熔化（SLM）技術(shù)是以激光作為熱源，銅材料屬于高導(dǎo)熱、高反射金屬，在激光熔化過程吸收率低，因此成形效率低、冶金質(zhì)量難控制。鉑力特通過大量的試驗(yàn)，研制出專門針對(duì)難熔金屬和高導(dǎo)熱、高反射金屬的專用3D打印設(shè)備BLT-S300T，有效地解決了以上問題，成功制備出銅材料零件——銅合金尾噴管。

該零件的內(nèi)外壁之間設(shè)計(jì)了50條隨形冷卻流道，增大冷卻接觸表面積，降低溫度達(dá)到快速冷卻的效果，有效提高了零件的工作溫度。該零件是國(guó)內(nèi)首件大尺寸選區(qū)激光熔化銅合金尾噴管，突破了銅材料的激光成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜流道的銅材料制造工藝。

西安交通大學(xué)

創(chuàng)新三：結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品三維空間的任意排布

在結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域，美國(guó)Optomec公司通過氣溶膠噴射3D打印技術(shù)已被應(yīng)用在小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中，使用該技術(shù)3D打印的曲面共形天線或在眼鏡上直接印制AR電子設(shè)備就是其中頗具代表性的應(yīng)用。

西安交通大學(xué)使用的導(dǎo)線打印材料可以有三種不同形態(tài)，包括銅錫合金、銀錫合金、錫鉛合金這樣的低熔點(diǎn)金屬絲，納米銀離子凝膠溶液、導(dǎo)電高分子水凝膠的導(dǎo)電墨水，以及鋁粉、銅粉等金屬粉末。基體的3D打印材料則為ABS、PLA、PEEK絕緣性高分子絲材。

在打印時(shí)首先通過基體3D打印材料和打印頭完成基體部分的3D打印，然后切換為導(dǎo)線材料的打印頭，從而進(jìn)行導(dǎo)線部分的3D打印。無(wú)論是使用以上所說的三種導(dǎo)線材料中的哪一種材料，導(dǎo)線材料都將通過打印頭沉積3D打印的基體結(jié)構(gòu)中。

在完成一層基體結(jié)構(gòu)和導(dǎo)線的打印之后，工作臺(tái)將下降一個(gè)分層厚度，重復(fù)打印基材和打印導(dǎo)線的打印過程，直到打印完全部基體結(jié)構(gòu)和導(dǎo)線得到結(jié)構(gòu)電子。

創(chuàng)新四：采用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件

逐漸成熟的3D打印技術(shù)為這些關(guān)鍵的零部件的制造提供了一種新的技術(shù)方案，在制造工藝和制造精度上都有了極大的改善和進(jìn)步。但是，這種技術(shù)也存在著一些缺陷，例如在金屬打印時(shí)，由于存在較大的溫度梯度，金屬難以持續(xù)穩(wěn)定地生長(zhǎng)，難以獲得品相良好的柱晶或單晶組織，因而得到的零部件的性能和特性受到極大的影響。

西安交通大學(xué)克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種采用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件的裝置及方法，通過增加輔助控溫光源，利于零件的金屬晶體定向生長(zhǎng)，能夠得到連續(xù)的柱晶或單晶組織。

通過設(shè)置激光器和掃描器，形成主激光光束和若干束輔助激光光束，能夠形成多束混合同步掃描的激光，通過輔助激光光束調(diào)整成形過程中熔池的溫度梯度方向，改變?nèi)鄢氐葴孛媲拾霃狡D(zhuǎn)方向，使其與組織生長(zhǎng)方向夾角小于設(shè)定值，就可以很好地形成定向凝固柱晶組織；同時(shí)主激光光束和輔助激光光束配合可改變溫度梯度大小，降低打印層溫度梯度，確保金屬晶體可以連續(xù)穩(wěn)定的生長(zhǎng)，控制定向凝固柱晶間距尺寸，得到性能優(yōu)良的定向凝固柱晶或單晶組織。

南京航空航天大學(xué)

創(chuàng)新五：鋁基納米復(fù)合材料

南京航空航天大學(xué)提供一種基于SLM成形的鋁基納米復(fù)合材料，用于激光增材技術(shù)領(lǐng)域，有效的解決鋁基納米復(fù)合材料在激光增材過程中工藝性能與力學(xué)性能不匹配、增強(qiáng)顆粒分布不均勻以及陶瓷相與基材相之間潤(rùn)濕性較差的問題，使得所獲得的產(chǎn)品具備良好的界面結(jié)合以及優(yōu)異的力學(xué)性能。

南京航空航天大學(xué)對(duì)于鋁基納米復(fù)合材料的加工是在高純氬氣保護(hù)氣氛環(huán)境中進(jìn)行的。加工過程中，加工參數(shù)和粉體性能是影響激光最終成形件的兩個(gè)最主要因素。從粉體成分角度考慮，稀土元素和陶瓷顆粒的添加必然會(huì)增強(qiáng)鋁合金粉體對(duì)激光的吸收率，從而可保證在的激光功率下熔池具有充足的液相量。一方面，添加的陶瓷相其粒徑大小、密度以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)均會(huì)影響到激光吸收率。另一方面，激光成形工藝參數(shù)同樣會(huì)顯著影響到鋁基納米復(fù)合材料成形過程中熔池的熱動(dòng)力學(xué)特性以及隨后的顯微組織和性能。

南京航空航天大學(xué)通過優(yōu)化SLM成形中有效體能量密度來(lái)控制獲得良好的成形質(zhì)量，有效體能量密度的作用體現(xiàn)在對(duì)激光加工中熔池的穩(wěn)定性、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及伴隨的激光顯微組織結(jié)構(gòu)的影響，綜合的反映了粉體物性和加工參數(shù)這兩者對(duì)SLM加工過程的影響。南京航空航天大學(xué)的制造工藝所形成的熔池具有很好的穩(wěn)定性，成形件表面具有光滑并呈現(xiàn)出波紋狀的熔道軌跡，同時(shí)幾乎看不到球化效應(yīng)并獲得近全致密的結(jié)構(gòu)。顯微組織分析表明增強(qiáng)顆粒得到均勻的彌散分布，基體晶粒細(xì)小并呈胞狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)。

創(chuàng)新六：3D打印技術(shù)制造馬氏體模具鋼

傳統(tǒng)加工工藝中，一方面，高端模具鋼的原材料方面是長(zhǎng)久制約我國(guó)模具發(fā)展的一塊短板。另一方面，模具在經(jīng)過傳統(tǒng)機(jī)械加工后，一般要經(jīng)過淬火、回火 處理，而模具的形狀十分復(fù)雜，因此要求較高的淬透性、較小的變形及較低的開 裂傾向性。用傳統(tǒng)方法制造模具有生產(chǎn)周期長(zhǎng)，模具的淬透性差，模具在淬火過程中開裂導(dǎo)致報(bào)廢等挑戰(zhàn)。

為解決現(xiàn)有制模技術(shù)中的工序復(fù)雜、成本高以及報(bào)廢率大等問題。南京航空航天大學(xué)通過調(diào)整激光加工過程工藝參數(shù)，改善成形模具晶粒粗大問題，從而改善其機(jī)械性能。利用Mn、Ni、Cr等合金元素穩(wěn)定過冷奧氏體，在激光加工極大的冷卻速度下得到組織均勻的馬氏體，從而省去了后續(xù)的“淬火”過程，激光加工完畢后，成形模具被傳送裝置送入真空熱處理室完成回火過程以釋放其內(nèi)應(yīng)力，從而得到具有均勻、細(xì)小的回火馬氏體組織的成形模具。

除了粉末制備，激光加工過程控制以及后期的熱處理，南京航空航天大學(xué)的研究中還涉及到更為細(xì)膩嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年P(guān)于激光掃描速度V對(duì)熔池的過冷度和凝固速度的研究，冷卻速度對(duì)淬火效應(yīng)和馬氏體相變的影響，相變應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用下，晶格常數(shù)所受到的影響等等。

浙江大學(xué)

創(chuàng)新七：基于三維打印的無(wú)泵驅(qū)動(dòng)微流控芯片

微流控芯片又被稱為芯片實(shí)驗(yàn)室，是一種在微米尺度上對(duì)流體進(jìn)行操控的技術(shù)。該技術(shù)將化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室的基本功能微縮到了一個(gè)只有幾平方厘米大小的芯片之上。通過分析化學(xué)、微機(jī)電加工、計(jì)算機(jī)、電子學(xué)、材料系及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的交叉，實(shí)現(xiàn)從樣品處理到檢測(cè)的微型化、自動(dòng)化、集成化及便攜化。微流控芯片具有多種單元技術(shù)靈活組合和大規(guī)模集成的特點(diǎn)，這樣便能以少量樣品獲得極大的信息量，更有可能超越單一的分析功能，成為一個(gè)整體微型多元操作平臺(tái)。目前，微流控芯片因其在微型化、自動(dòng)化、集成化和便攜花方面的巨大潛力，已經(jīng)被逐步應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)及污染物分析技術(shù)的研發(fā)中，并取得一系列重要進(jìn)展。

浙江大學(xué)利用FDM三維打印技術(shù)制作基底，采用鋪粉的方式，來(lái)制得微流控芯片。作為優(yōu)選，所使用的粉為纖維素粉，為白色無(wú)臭無(wú)味粉末，不溶于水、丙酮、乙醇或甲苯，性質(zhì)穩(wěn)定，非常適合作為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)載體。纖維素粉的直徑大小為74-125μm，微米級(jí)別大小的顆粒聚集體具有毛細(xì)作用，通過毛細(xì)作用可以讓檢測(cè)試劑在流道里自動(dòng)流到反應(yīng)池，無(wú)需其他外力驅(qū)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)所需的條件。

浙江大學(xué)的這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用在各種臨床檢測(cè)，具有可重復(fù)利用、無(wú)泵驅(qū)動(dòng)、流動(dòng)速度可調(diào)、流道分辨率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且加工過程簡(jiǎn)便快捷，生產(chǎn)效率高，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

華中科技大學(xué)

創(chuàng)新八：具有鍛件性能的金屬零件3D打印

華中科技大學(xué)數(shù)字裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的金屬3D打印新技術(shù)“智能微鑄鍛”，近日成功3D打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。有望改變國(guó)際上由西方國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)的金屬絲3D打印格局。

經(jīng)由這種微鑄鍛生產(chǎn)的零部件，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和性能均穩(wěn)定超過傳統(tǒng)鑄件。同時(shí)，該技術(shù)以金屬絲材為原料，材料利用率達(dá)到80%以上。由于這一技術(shù)能同時(shí)控制零件的形狀尺寸和組織性能，大大縮小了產(chǎn)品周期。制造一個(gè)兩噸重的大型金屬鑄件，過去需要三個(gè)月以上，現(xiàn)在僅需十天左右。而且這種以金屬絲為原材料的增材制造技術(shù)，無(wú)需模具的自由近凈成形，且全數(shù)字化、高柔性，打印的零件材質(zhì)全致密、沒有宏觀偏析和縮松，具有較高的性能。

藍(lán)光英諾

創(chuàng)新九：3D生物打印技術(shù)促進(jìn)人工血管內(nèi)皮化

2016年藍(lán)光英諾的3D生物打印血管申請(qǐng)臨床試驗(yàn)，動(dòng)物在體實(shí)驗(yàn)成功之后，下一步藍(lán)光英諾3D生物打印血管將向有關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請(qǐng)臨床試驗(yàn)。

藍(lán)光英諾3D生物打印的專利技術(shù)是生物磚，生物磚的技術(shù)意義在于實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的精確排布，這是人工構(gòu)建組織器官的關(guān)鍵。藍(lán)光英諾認(rèn)為已知的生物打印技術(shù)存在著缺陷。目前大多數(shù)生物打印方法均無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的精確排布，從而也不能制造出具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的微組織團(tuán)塊。與此同時(shí)，在目前已經(jīng)知曉的生物打印方法中，所使用的細(xì)胞均缺乏力學(xué)保護(hù)。因此，當(dāng)將細(xì)胞用于3D生物打印時(shí)，細(xì)胞易于因外界壓力或剪切力的傷害而受損或死亡。這大大限制了生物打印技術(shù)的應(yīng)用。

藍(lán)光英諾的生物磚打印技術(shù)給細(xì)胞提供了有效的力學(xué)保護(hù)，從而確保了細(xì)胞在打印過程中存活率(達(dá)到90％以上)。藍(lán)光英諾所制備的生物墨汁可在生物打印過程中實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的精確排布，實(shí)現(xiàn)組織或器官的精確生物打印。微血管是組織內(nèi)部細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及排出代謝物的唯一通道。使用生物磚構(gòu)建的人工構(gòu)建體(如人工組織)，需要能夠形成微血管，以使其內(nèi)部細(xì)胞能夠存活，內(nèi)部具備微血管是組織塊具備生物學(xué)功能的重要條件。

廣州邁普再生醫(yī)學(xué)

創(chuàng)新十：具有4D效應(yīng)的脊柱側(cè)凸內(nèi)固定矯正裝置

現(xiàn)有的金屬類脊柱側(cè)彎內(nèi)固定器械在Zimmer，Stryker、Medtronic 和Depuy等公司的相關(guān)專利及技術(shù)資料中都有提到，然而現(xiàn)有脊柱側(cè)凸手術(shù)矯形也存在一些問題，如：假關(guān)節(jié)形成、內(nèi)固定失敗 (斷釘、棒和脫鉤等)、深部感染等；特別對(duì)于手術(shù)患者，他們的側(cè)凸程度 往往較為嚴(yán)重，醫(yī)生在制定手術(shù)方案時(shí)，往往面臨著是選擇激進(jìn)還是保守治 療的難題。

脊柱側(cè)彎疾病有個(gè)特點(diǎn)，每個(gè)病人的脊柱變形都不盡相同，側(cè)凸角度、 旋轉(zhuǎn)角度、脊椎骨形態(tài)、側(cè)凸位置及對(duì)周邊影響、脊柱旁軟組織結(jié)構(gòu)都不盡 相同，臨床醫(yī)生有個(gè)性化器械的需求。廣州邁普再生醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)的進(jìn)步使制造更符合病人生理構(gòu)造的個(gè)性化的脊柱矯形內(nèi)固定器械成為可能。4D效應(yīng)就是3D打印材料自動(dòng)變成為預(yù)設(shè)的模型，是在3D打印的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間維度，也就是廣州邁普再生醫(yī)學(xué)的具有4D效應(yīng)的脊柱側(cè)凸內(nèi)固定矯正裝置中的4D的含義，隨時(shí)間可控變形的性質(zhì)是通過基于應(yīng)力平衡的方式實(shí)現(xiàn)的。

廣州邁普再生醫(yī)學(xué)通過3D打印激光燒結(jié)打印技術(shù)制備鎳鈦基記憶合金材料骨架，在得到的鎳鈦基記憶合金材料骨架上沉積熱塑性材料從而制備熱塑性材料外殼或者單獨(dú)制備熱塑性材料外殼再將鎳鈦基記憶合金材料骨架與熱塑性材料外殼組合，其中所述鎳 鈦基記憶合金材料骨架的定位孔與所述熱塑性材料外殼的定位銷進(jìn)行配合， 從而得到功能單元。

此外，在打印工藝方面，上海悅?cè)鸪晒ν瓿闪?00小時(shí)不間斷3D打印、一次性打印成功中空異形拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)備方面，福建物構(gòu)所，大族激光都分別推出了超快光敏樹脂3D打印機(jī)，獲得高精度的同時(shí)達(dá)到高加工效率。管理系統(tǒng)方面，上海聯(lián)泰推出了EPM打印管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)打印設(shè)備的監(jiān)控、管理、記錄與儲(chǔ)存，對(duì)訂單進(jìn)行批量排產(chǎn)，并可以優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，提高生產(chǎn)效益。