3D打印一周趣闻

3D打印潜水泳池部件

前有世界最高建筑，后有世界首个3D打印商用建筑，现在迪拜又多了个世界最深潜水泳池，要知道这可是水比金贵的地方，真的“壕”啊！6月27日，迪拜深潜馆（Deep Dive Dubai）落成，馆内有一个深达60.02米的潜水泳池，成为经吉尼斯认证的世界最深潜水泳池。这一纪录此前由波兰的Deepspot保持，其深度为45米。迪拜深潜馆坐落于纳德阿尔谢巴，距离迪拜市中心仅15分钟车程，占地面积达5000平方米。迪拜深潜馆的潜水泳池能容纳1400万升水，足以填满6个奥运会标准泳池。至于潜水泳池的深度，一头成年长颈鹿的高度在6米左右，这个潜水泳池的深度相当于10头成年长颈鹿摞起来的高度。迪拜深潜馆的外形设计灵感来源于牡蛎壳，珍珠采集、贸易生意曾是迪拜的重要产业。整座建筑总共有3层，不少地方都采用了白色内饰和3D打印部件，其设计充满了科技感。而这当中，最核心的部分自然是那个深达60.02米的竖井式潜水泳池。从迪拜深潜馆的功能设置和场景布置来看，这座深潜馆和潜水泳池希望打造一个足够舒适的环境，满足游客、潜水爱好者和专业潜水人士各自的需求。

3D打印人体心脏模型

近日，卡内基·梅隆大学的研究人员发明了一种新型的水凝胶打印方法，制作了一个供医院器官使用的全尺寸模型，研究人员通过研究实现了第一个3D打印全尺寸人体心脏生物模型，在内外科医生如何进行心脏术以及研究其他疾病方面取得了重大突破。该学院的研究人员获得了人类心脏的第一个3D生物打印全尺寸人体心脏模型，这个模型是使用专门制造的3D打印机根据MRI数据创建而成，是团队两年来为外科医生准备心脏手术而研发的新成果。模型模仿了实际人体心脏组织的质地（包括弹性），提供了逼真的画面，外科医生可以在这个画面上锻炼自己的技能。除了进行临床模拟外，这个模型还具有长期潜力，影响器官生物工程的未来研究。Feinberg和他的团队开发了一种新型3D打印软聚合物，这种聚合物在历史上一直很难打印，在添加制造过程中缺乏一定的刚性。为了弥补这个缺陷，FRESH 3D打印使用针将生物墨水注入软水凝胶浴中，从而在打印时支撑物体。一旦完成打印，这个过程就会加热使水凝胶融化，仅留下3D打印物体，证实FRESH是一个打印平台，研究人员便可以打印一个完整的人体心脏，同时还专门组件了一台新的3D打印机，专门容纳凝胶支撑浴，大小要和打印比例相适应。

3D打印热探针

马里兰大学胡良兵教授团队开发了一种由电焦耳加热触发的3D打印还原氧化石墨烯（reduced graphene-oxide，RGO）热探针。该RGO热探针具有出色的热稳定性，可实现高达≈3000 K的高温，具有≈105K s-1的超快加热/冷却速率和低至毫秒级的高时间分辨率，可实现极端和非平衡加热条件下的热图案成型和纳米材料合成。（小编粗略估算：3000K换算为摄氏度为2726.85℃，从25℃加热至2726.85℃，只需27ms，再冷却至25℃也为27ms,一个来回54ms，或更短时间。又根据时间单位换算，一天一夜24小时，有480万个"刹那",或24万个"瞬间",12千个"弹指",30个"须臾".再细算,一昼夜有86400秒,那么,一"瞬间"为0.36秒，那么这一加热冷却过程不到一瞬间）。该项工作为高精度热驱动表面图案和微/纳米制造提供了有效的加热策略。该研究以题为“3D Printed Graphene-Based 3000 K Probe”的论文发表在最新一期《 Advanced Functional Materials》上。

3D打印机械手

来自马里兰大学的一组研究人员 3D 打印了一只柔软的机械手，它足够灵活，可以玩任天堂的超级马里奥兄弟——并获胜！这一壮举在最新一期《科学进展》的封面上突出显示，展示了软机器人领域的一项有前途的创新，该领域的重点是创造新型的柔性充气机器人，这些机器人使用水或空气而不是电力提供动力。软机器人固有的安全性和适应性引起了人们对其在假肢和生物医学设备等应用中使用的兴趣。不幸的是，控制使这些软机器人弯曲和移动的流体特别困难——直到现在。PolyJet 3D 打印统一软机器人系统的设计和增材制造策略，包括在单次打印中完全集成的流体电路。图为 3D 打印软体龟龟机器人。由马里兰大学机械工程助理教授 Ryan D. Sochol 领导的团队的关键突破是能够一步 3D 打印具有集成流体电路的完全组装的软机器人。除了玩任天堂的机械手，Sochol 的团队还在他们的论文中报道了受龟龟启发的软体机器人。水龟恰好是 UMD 的官方吉祥物，该团队的所有软体机器人都是在 UMD 的 Terrapin Works 3D 打印中心打印的。

3D打印氧化铝粉末

研究人员通过计算机模拟，基于Lubachevsky算法依据尺寸分布来验证粉末堆积的可能性，使用离散元方法（DEM）模型模拟了粉末堆积动力学，借助显式的时间积分算法解决单个颗粒之间的接触力和力矩；通过尽可能的简化打印参数，其中包括使用单峰的粒径分布的粉末以避免烧结后处理，从而得到了素坯与烧结后的密度与喷射成型工艺参数关联最大。研究团队简化打印参数，通过算法模拟的方式获得最佳的粉末粒径分布，验证了此技术在工业生产的可行性，且通过此方法获得的生坯致密度高达61.2%，烧结致密度（75.4%）是目前喷射成型的最高烧结致密度，弯曲强度56.1MPa，维氏硬度1.95GPa。为了使该技术打印的零件完全致密化，仍可进一步改进，粉末堆积方式的改进（如引入双峰分布），自动脱粉工艺的开发，烧结工艺的优化或采用其他处理方法（如微波或火花等离子体烧结），因而此种模拟方法在喷射成型其他材料具有广阔的应用前景。

3D打印改善乳房治疗

3D Systems和CollPlant Biotechnologies于2021年6月22日宣布，已经签署了一项共同开发协议，用于与植入物结合的3D生物打印再生软组织基质，用于乳房重建手术。软组织基质将支撑乳房下部，同时扩大植入物袋以增加植入物的覆盖范围。使用3D生物打印，软组织基质可以被设计匹配患者解剖结构，以支撑乳房植入物。通过这项共同开发协议，3D Systems和CollPlant将结合3D打印、医疗保健、生物打印和生物墨水方面的专业知识，使用rhCollagen开发3D生物打印软组织基质。3D生物打印软组织基质产品需要满足相关物理和机械性能，同时使用促进组织再生的rhCollagen的BioInks促进细胞浸润和增殖。两家公司相信，他们的努力将使组织基质具有卓越的性能、一致性和安全性。据悉，基质所用材料来自植物，并且与天然人类胶原蛋白完全匹配，不会在人体中引起免疫反应。

3D打印涡轮增压器

无论在赛道上还是在赛道外，速度才是致胜的关键，而风驰电掣的背后仰赖的是强大的工程设计和制造能力。竞争日趋白热化，零件的设计与制造也同样面临巨大的挑战。以提速的首要装备——涡轮增压器为例，赛车领域的涡轮增压器有极为复杂的形状、几何特征和材质。增材制造可以最大化的释放设计自由，使之专注于零件的功能性，工程师在零件的设计中可以更接近理想的状态，并且可以突破工艺的限制将复杂的组件整合成一个完整的零件。传统制造此涡轮增压器需要使用三个零件：主机壳和一侧的两个废气门。这两个部件铸造后，还需要焊接固定双壁隔热罩。如果使用增材制造技术，则可将该涡轮增压器设计为一个单件的零件，一体成型，废气门不需要密封垫或和组装，而是直接打印一个完整的壳体。这可以大大简化组装操作，减轻重量。相比熔模铸造方法，金属3D打印生产的F1赛车零件为生产企业提供明显的时间成本和制造成本的优势。越来越多的高端汽车制造商在生产中采用增材制造技术快速和可靠地实现了制造目标。GF加工方案通过软件、金属3D打印及后处理设备，以及专利设计的System 3R夹具三股平行工作流，为涡轮增压器提供从设计到成品交付的完整增材制造解决方案。

3D打印块体金属玻璃

近日，华中科技大学柳林教授团队揭示出了通过增材制造（3D打印）生产的块体金属玻璃（BMGs）不再受尺寸和几何形状的限制，因为它们普遍适用于铸态试样。那么，BMGs与目前最受人们欢迎的钨钼稀土有什么关系？而为了进一步提高普通金属玻璃复合材料的力学性能和穿甲自锐特性，有研究者指出可以向该复合材料中钨纤维。穿甲实验表明，钨纤维复合材料穿甲弹的侵彻能力明显高于钨合金穿甲弹。在侵彻时，钨合金弹芯头部形成蘑菇头，头部晶粒被径向压扁；而钨纤维复合材料弹芯头部发生了绝热剪切破坏，具有自锐行为，且在弹芯头部形成很薄的边缘层，仅在这层中金属玻璃基体破碎，钨纤维断裂，温度升高，质量消蚀。然而，有限的建筑面积和制造难度多年来一直限制了BMGs的广泛应用。新兴的3D打印技术似乎是弥补金属玻璃相关缺点的一个有前途的途径。目前，3D打印技术现已成功应用于BMGs的制造，包括选择性激光熔化、激光工程净锐化、激光箔打印、熔丝制造、热喷涂3D打印和激光正向转移3D打印。

3D打印+AI控制种出太空食物

随着人类航天科技的不断发展，未来人类有望到达火星、月球甚至其他行星上定居。当我们为未来的太空旅行做准备时，在太空中供应食物的问题就出现了。在航天器上携带大量食物可能是不可行的，而且外太空岩石上的环境可能对农业不利。针对这个难题，美法合资公司——星际实验室（Interstellar Lab）可能已经在他们建造的的Bio Pods生物舱中找到了正确的答案，值得注意的是，这是有史以来技术最先进的“太空温室”。这家公司使用气培技术（一种比水培技术更先进的技术），并使用雾气作为土壤的替代品来种植植物。星际实验室已经开发出能够保持精确气候条件的大气控制技术，而不需考虑生物舱外的条件。Interstellar Lab公司声称已经为300多种植物提供了标准化的生长条件，这些植物不仅是粮食作物，也是可以提供药品和化妆品化合物的植物。在最近的发展中，该公司与一家3D打印初创公司Soliquid合作，使用增材制造（AM）技术来建造他们的吊舱，并获得了一个打印混凝土、树脂和其他材料的系统的专利。在这次合作之后，星际实验室现在将能够3D打印吊舱的所有材料组件以及充气膜。Soliquid公司将部署一套六轴机器人和挤出装置，以悬浮方式和较少的材料打印这些部件。

3D打印有轨电车应急备件

轨道运输车辆和移动解决方案供应商阿尔斯通（Alstom）公司正在利用增材制造技术推动备件生产的创新，以实现按需维护和修理作业。利用AM技术，Alstom公司正在最大限度地减少客户的交货时间，并确保运输网络保持运作。阿尔斯通增材制造项目经理Aurélien Fussel解释说:"3D打印给我们带来的敏捷性对阿尔斯通的战略业务至关重要，当我们的客户依赖备件来维持运营时，拥有这种内部生产能力意味着我们可以绕过传统的供应链，以快速和具有成本效益的解决方案来应对他们的需求。"有轨电车的车头灯在运行过程中因积水和石块进入小孔而损坏。因此，阿尔斯通公司紧急要求提供备件，以堵住这些小孔，防止有轨电车受到进一步的损害。通过使用Stratasys公司的FDM 3D打印技术，阿尔斯通在收到Sétif的请求后仅48小时内就设计、生产并交付了十几个高度耐用的塞子。