3D打印一周趣闻
3D打印活微生物
劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家们已经开发出一种新的方法，可以将活的微生物以可控的模式进行3D打印，扩大了使用工程细菌回收稀土金属、清洁废水、检测铀等方面的潜力。通过一种利用光和细菌注入的树脂来生产3D图案的微生物的新技术，研究小组成功地打印了类似于现实世界中普遍存在的微生物群落薄层的人工生物膜。研究小组将细菌悬浮在光敏生物树脂中，并利用LLNL开发的用于微生物生物打印的立体光刻设备（SLAM）3D打印机的LED光将微生物在3D结构中。这台投影立体光刻机能够以18微米的高分辨率进行打印，几乎和人体细胞的直径一样薄。在这篇在线发表于《纳米快报》的论文中，研究人员证明了该技术可以有效地用于设计结构明确的微生物群体。他们证明了这种3D打印的生物膜在铀生物传感和稀土生物开采应用中的适用性，并展示了几何形状如何影响打印材料的性能。
3D打印USB Type-C iphone
油管up主Ken Pillonel（又名Kenny Pi）利用3D打印的力量创造了他所谓的“世界上第一台USB Type-C Apple iPhone”。Ken Pillonel目前就读于瑞士联邦理工学院（EPFL）机器人硕士学位，他使用桌面3D打印机和焊接对iPhoneX进行改造，实现Type-C充电和数据交换，实现许多“果粉”对于Type-C的期待。在最近的一段时间里，Ken Pillonel开发了一个更精简的设备版本。通过简化原始设计，他移除了大部分电缆并将其焊接到了定制的PCB上，成功地将充电适配器和Type-C端口挤进了普通的iPhone X。为了实现这一点，Pillonel对Apple的C94连接器进行了逆向工程，使其适合小型电路板的头部，他在10月8日上传了一个预告片。虽然他并没有确切地透露是如何设法将PCB缩小到一定的尺寸，但视频内容确实证明了3D打印能够使这个过程成为可能。据说这位Youtuber正在对PCB改造录制一段完整的视频。这不仅可以揭示项目背后的秘密，还能帮助各地“果粉”实现Type-C的梦想。
3D打印二氧化硅微结构
来自莱斯大学的楼峻、Pulickel M. Ajayan、Jacob T. Robinson和清华大学的王炜鹏开发了一种3D打印高质量二氧化硅纳米结构的方法（2PP技术），其分辨率优于200nm，并且具有灵活的稀土元素掺杂能力。3D打印的纳米结构显示出诱人的光学特性。这项技术展示了通过3D打印用二氧化硅构建集成微光子学的潜力。这种使用高负载量的PEG功能化胶体二氧化硅纳米颗粒的2PP 3D打印技术。利用3D打印和后烧结技术，在低于200 nm的分辨率下，获得了具有任意形状的非晶态玻璃或多晶方石英结构的高质量3D二氧化硅结构。这种方法在稀土元素的掺杂/共掺杂方面表现出灵活的能力，并实现了高Q值的微环谐振器，揭示了通过3D打印用二氧化硅制造无源和有源集成微光子芯片的潜力。该技术未来与受激辐射损耗方法结合以突破10nm分辨率的潜力将为该领域带来令人振奋的发展。更重要的，通过对打印的晶体二氧化硅进行镁还原，可以制造出任意3D结构的晶体硅，从而使3D打印硅片的梦想成为现实。
3D打印“真菌之家”获奖
澳大利亚建筑公司Simulaa和位于波士顿的建筑公司Apis Cor因其最新的3D打印住房项目的创新设计而获得了当地的著名奖项——塔林建筑双年展最高奖。这幢被称为 的异国情调住宅耗资75万美元建成，配有阁楼、露台和水景，已经得到了布雷瓦德住宅建筑商和承包商协会（HBCA）的认可。另一方面，Simulaa用3D打印技术打印了一个包裹在在真菌中的结构，该结构寓意“分解“，象征着时间的缓慢流逝，这一隐喻为其赢得了塔林建筑双年展的最高奖项。Apis Cor公司的Impreza具有独特的、流动的、有机启发的外部结构，是在3D打印的第一个此类房屋，该地区以其航空航天创新而闻名。在建筑内部，Apis Cor公司延续了这一以自然为主导的主题，为房屋配备了环保的内部装饰，使自然光在房间之间自由流动。翼豹本身是使用他们公司的机器人3D打印机建造的，该打印机可以在建筑工地上自由移动，使其能够建造三层楼高的建筑。在过去，这项技术的快速发展使其在一天内建造了整个建筑，Apis Cor公司表示，它有可能解决普通建筑方法的时间、成本、浪费和不灵活的问题。
3D打印纯铜部件
TIWARI是一家以设备为导向的德国初创企业，其开发的熔丝FFF 3D打印工艺，可以在丝材中加入金属或陶瓷颗粒，并最终得到金属或陶瓷部件，从而为空间应用提供制造能力。使用该工艺制造的不锈钢、钛、氧化铝以及碳化硅零件已经在ESA材料和电气元件实验室进行了全面的无损和破坏性测试，以评估其附加值和空间使用性。出人意料的是，这些3D打印的零件与传统制造的同类产品相比，具有更高的机械性能，其中不锈钢可以在不断裂的情况下延长到以前无法实现的100%。作为欧空局的孵化企业，TSI注重材料的热和机械性能。基于高的导热性，纯铜的3D打印一直备受关注，TSI希望能够推出低成本的3D打印解决方案。近日，该公司成功采用FFF技术实现了高密度、结构复杂、无氧纯铜散热器打印。
3D打印助力智能制造
在一间玻璃房中，机械臂先铺一层铸造砂，用粘接剂进行固化，随后再铺一层铸造砂，再粘合，层层叠加，经过2000—2500层的堆叠，经过13-15个小时，一个1米高的铸造砂型便可打印完成。上述场景便发生在酒钢集团西部重工股份有限公司的3D打印智能铸造工厂内。10月12日，“协同发展向西望 续写丝路新篇章”网络除了节约时间，更为重要的是3D打印技术灵活性高，越是复杂铸件的制作优势越明显，在研发阶段可不断调节铸造工艺，铸件尺寸精度也大大提高。主题活动走进酒钢集团，近距离感受钢铁行业的智能“智”造。酒钢集团西部重工股份有限公司党委组织部部长张宇翔介绍，过去传统的铸造工艺，需要先用石蜡或木头做成模型，再用铸造砂制作铸造型腔，浇铸金属液后形成铸件。从模型制作到铸造砂型制作时间往往需要七八天。如今应用3D打印技术，将相应的参数输入至程序中，不需要任何专业辅助工具，机器便可直接打印出所需要的铸件砂型，省去模具制作和人工翻砂过程。
水下3D打印修复海底管道
公司已经开发出一种海底机器人系统 Nautilus，利用水下3D打印技术对海底管道进行远程操作的复合维修。Kongsberg Ferrotech希望获得挪威研究委员会PETROAKS 2计划的支持，为系统添加增材打印功能，使用金属介质修复缺陷。公司将使用 3D 打印逐层重建损坏的金属结构，实现永久性修复并根据需要实施新功能。Kongsberg Ferrotech计划在2022年开发并实施这项技术。Kongsberg Ferrotech的金属3D打印项目与Equinor、SINTEF、Gassco和挪威研究委员会联手开发水下维护、修理和大修（MRO）技术，旨在对现有海底管线控制和维修(SFCR) 机器人进行升级，使他们能够对航海管线进行现场维修。事实上，虽然公司最初的目标是通过 3D 打印工艺修复受损的流线，但它也为设备开发其他功能敞开了大门，这为新领域创造了机会。3D打印技术的快速发展正在创造新的机遇和市场。这项技术与Kongsberg Ferrotech机器人结合，为海底维修和改造开辟了许多令人兴奋的新可能性。
3D打印阀井软塞
汛期已至，一旦下大雨，部分输水隧洞的阀井地势低洼，遇到极端情况可能面临积水倒灌的风险，威胁市民的饮用水安全。近日，北京市南水北调南干渠管理处专门研发3D软塞，巡查人员可在雨前或雨中快速完成封堵操作，保障供水安全。井盖与井圈之间会存在缝隙，工程技术人员首先专门针对缝隙安装了半圆形或梯形标准橡胶软垫，减少井盖开关时的磕碰和损坏，降低积水进入阀井的几率。其次，对于容易漏水的井盖孔洞，技术人员根据孔洞的材质、形状、大小及使用磨损情况，现场测量形状和尺寸，用计算机建模，3D打印定制模具，再用AB硅胶材质制作个性化软塞。需要进行临时封堵时，巡察人员带着定制软塞，可以在雨前或雨中巡察时快速完成封堵操作。近日，南干渠管理处将陆续对工程沿线100余个井口安装密封胶圈。根据《南干渠管理处防汛应急预案》要求，当汛期发布橙色暴雨预警时，巡察人员会利用定制的橡胶软塞对沿线井盖孔洞快速密封，有效减少积水倒灌进入井室内部，保证工程安全和水质安全，确保平稳度汛。
3D打印超高真空室
2021年4月，在学术期刊Additive Manufacturing发表的一篇论文中，成功造出了全世界第一个用增材制造方法实现的超高真空室，能够在低于10-10mbar的压力下工作，而且增材制造材料的总放气不超过3.6×10-13mbar l/(s mm2)。真空室是用AlSi10Mg材料，通过激光粉末床熔融技术生产的。详细的表面分析显示，在增材制造的材料上形成了氧化的、富镁的表面层，这个表面层在实现达到超高真空方面发挥了关键作用。超高真空系统的应用非常广，从已有的技术，如光电传感器、照相机、低温杜瓦、电子显微镜和X射线光电子能谱分析仪，到重要的新兴研究领域，比如基于冷原子的便携式量子传感器，无不应用了超高真空。AM可以促进上述所有领域的基础研究和技术发展，因为该技术可以大大减小相关UHV设备的尺寸，减轻重量，缩短开发周期。比如这篇论文所研发的UHV腔室是通过激光粉末床熔融（POBF）技术，用AlSi10Mg材料进行制造的，重量仅为245克，比同等标准的真空室减轻了70%。这种级别的减重对于促进UHV的天基应用至关紧要，例如使用星载量子传感器对基础物理学进行试验研究。
3D打印的热压辊技术
针对3D打印过程中缺陷较多的问题，日本大学的研究团队提出了一种用于3D打印的热压辊技术，以减少空隙并提高3D打印产品中微珠之间的粘附力，其设备结构与成形原理如下图1所示。与传统的3D打印（3DP）相比，这种3D打印方法被称为3D压实打印（3DCP）。用3DCP和3DP制备拉伸和弯曲试样，证实了热压辊对机械性能的提高。随后，随后对3DP试样进行热压成型后处理，并与3DCP试样的力学性能进行比较。最终结果表明：3D打印过程中热压成形的效果与热压成型后处理基本相同。3D打印制件的机械性能往往低于传统成型技术制造的产品，这是由于在打印过程中出现大量空隙，且微珠之间的界面剪切强度较低。为了解决这个问题，前人已经提出了一些技术，例如真空条件下的3D打印，3D打印期间的热处理、后处理退火，以及3D打印过程中的压实等技术。通过上述技术，3D打印过程中的压实有可能在不进行后处理的情况下大幅提高3D打印产品的机械性能。尽管压实辊或压紧头已被用于自动铺带制造，但是与3D打印应用相关的研究报告还比较少。
AI算法开启彩色3D打印之路
查尔斯大学计算机图形小组 (CGG) 的研究人员开发了一种基于机器学习 (ML) 的技术，可以帮助释放高保真彩色3D打印的潜力。通过不断模拟打印过程，该团队成功地训练了一种算法，以迭代地找到限制颜色渗色和提高零件精度的最佳参数。该程序也非常高效，只需要一个 GPU，使其比类似的 AI 方法快 300 倍，同时将打印准备时间从几十小时减少到几分钟。然而，尽管彩色 3D 打印具有灵活性，但它可能会导致不需要的光学散射，从而影响任何生成部件的清晰度和准确性。鉴于这种渗色是三维的，当它发生时，它还会影响薄壁物体内相对侧的颜色，使其成为大规模精确生产的重大障碍。早在 2017 年，研究人员就证明了在打印过程中使用模拟来优化材料放置的可行性，从而确保部件的最佳清晰度和对比度。现在，基于数百万次测试运行，该团队创建了一种改进的算法，能够更准确地预测给定表面如何受到周围材料的影响，从而加快整个过程。
太空级3D打印耗材问世
波兰3D打印机制造商 Zortrax 推出了其新型太空级 Z-PEEK3D打印耗材。与航空航天部门合作创建的基于 PEEK 的材料具有令人印象深刻的抗辐射、耐高温和耐磨性。据报道，Z-PEEK 专为与该公司的 Endureal FDM 3D 打印机一起使用而设计，是“地球上最强的聚合物之一”，其强度与不锈钢相似。各个全球航天机构已经通过一系列热真空测试和长时间暴露测试将这种材料用于太空任务，并应用于太空系统、舱外飞机部件和其他高性能机械部件。Zortrax 研发主管 Michał Siemaszko 表示：“Z-PEEK 的推出是我们与航天工业合作伙伴长期合作的结果。使用这种材料进行 3D打印的能力对于任何愿意建造具有成本效益、负担得起的航天器的企业以及寻求降低太空探索活动成本的大型航天机构来说都是一种改变游戏规则的能力。”
3D打印生物电池
瑞士联邦材料试验和科研研究所(EMPA)利用3D打印机生产出一款由碳、纤维素纳米晶体、甘油以及食盐所制成的电池。研究人员将所有材料混合为一种凝胶状的油墨，而这种油墨灌注进3D打印机中，便能打印出基底层、导电层、电极层以及电解质层这四层组件，最终经组合形成电池。这款电池样品能够储存的电荷量，足以让一台数字时钟连续运行好几个小时。此外，它的性能也足够坚固，不仅可以承受数千次充电和放电循环，即便在被储存在冰冻温度环境下依然能继续工作，还具有抗压和抗震功能。这款电池发明所具有的可生物降解性能，也将有助于解决电池所引发的环境问题。因为传统常规电池在荷电量使用殆尽后倘若处理不当，就会将自带的有毒有害物质泄露到土壤系统和水系统中。与此同时，世界各地有多个研究小组也在积极研制探索可生物降解电池，并且有些团队已经开发出了早期样品。