盘点2016年国内填补市场空白的3D打印创新技术
即将告别2016，进入2017，2017年3D科学谷会坚持通过贴近行业应用的方式追踪技术发展趋势与商业模式创新趋势。
2017年一定是3D打印发展关键年，而立足2016年，我们又有什么样的资本来迎接2017年的市场机遇呢？在此，3D科学谷特选出3D打印领域填补市场空白的创新技术，希望在2017年，有更多的科研力量投入到3D打印领域的创新中，有更多的社会力量来关注这些坚毅前行的研究工作者，为创新加油！
不仅有新意
还要有价值
---以下排名不分名次顺序---
铂力特
创新一：光栅-钨
钨材料的硬度高，脆性大，导电性差，机加工困难，采用传统的减材制造工艺难以成形形状复杂的零件。且钨材料的熔点在金属中最高，熔点高达3400℃，是典型的难熔金属，成形更加困难。
图片：光栅，材料：钨，尺寸：87mm×20mm×20mm，重量：296g，
成形时间：3h，来源：铂力特
铂力特经过多次研究试验，研制出专门针对难熔金属和高导热高反射金属的专用3D打印装备BLT-S300T，有效地解决了以上问题，打印出了钨合金零件，并且工艺参数稳定，成形良好。该零件整体采用薄壁结构，最小壁厚仅0.1mm。
创新二：复杂流道的尾喷管-铜
选区激光熔化（SLM）技术是以激光作为热源，铜材料属于高导热、高反射金属，在激光熔化过程吸收率低，因此成形效率低、冶金质量难控制。铂力特通过大量的试验，研制出专门针对难熔金属和高导热、高反射金属的专用3D打印设备BLT-S300T，有效地解决了以上问题，成功制备出铜材料零件——铜合金尾喷管。
图片：尾喷管，原材料：铜，尺寸：φ210mm×295mm，重量：2.6kg，
来源：铂力特
该零件的内外壁之间设计了50条随形冷却流道，增大冷却接触表面积，降低温度达到快速冷却的效果，有效提高了零件的工作温度。该零件是国内首件大尺寸选区激光熔化铜合金尾喷管，突破了铜材料的激光成形技术，实现了复杂流道的铜材料制造工艺。
西安交通大学
在结构电子产品制造领域，美国Optomec公司通过气溶胶喷射3D打印技术已被应用在小批量产品的生产中，使用该技术3D打印的曲面共形天线或在眼镜上直接印制AR电子设备就是其中颇具代表性的应用。
西安交通大学使用的导线打印材料可以有三种不同形态，包括铜锡合金、银锡合金、锡铅合金这样的低熔点金属丝，纳米银离子凝胶溶液、导电高分子水凝胶的导电墨水，以及铝粉、铜粉等金属粉末。基体的3D打印材料则为ABS、PLA、PEEK绝缘性高分子丝材。
在打印时首先通过基体3D打印材料和打印头完成基体部分的3D打印，然后切换为导线材料的打印头，从而进行导线部分的3D打印。无论是使用以上所说的三种导线材料中的哪一种材料，导线材料都将通过打印头沉积3D打印的基体结构中。
在完成一层基体结构和导线的打印之后，工作台将下降一个分层厚度，重复打印基材和打印导线的打印过程，直到打印完全部基体结构和导线得到结构电子。
创新四：采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件
逐渐成熟的3D打印技术为这些关键的零部件的制造提供了一种新的技术方案，在制造工艺和制造精度上都有了极大的改善和进步。但是，这种技术也存在着一些缺陷，例如在金属打印时，由于存在较大的温度梯度，金属难以持续稳定地生长，难以获得品相良好的柱晶或单晶组织，因而得到的零部件的性能和特性受到极大的影响。
西安交通大学克服现有技术中存在的问题，提供一种采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的装置及方法，通过增加辅助控温光源，利于零件的金属晶体定向生长，能够得到连续的柱晶或单晶组织。
通过设置激光器和扫描器，形成主激光光束和若干束辅助激光光束，能够形成多束混合同步扫描的激光，通过辅助激光光束调整成形过程中熔池的温度梯度方向，改变熔池等温面曲率半径偏转方向，使其与组织生长方向夹角小于设定值，就可以很好地形成定向凝固柱晶组织；同时主激光光束和辅助激光光束配合可改变温度梯度大小，降低打印层温度梯度，确保金属晶体可以连续稳定的生长，控制定向凝固柱晶间距尺寸，得到性能优良的定向凝固柱晶或单晶组织。
南京航空航天大学
南京航空航天大学提供一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料，用于激光增材技术领域，有效的解决铝基纳米复合材料在激光增材过程中工艺性能与力学性能不匹配、增强颗粒分布不均匀以及陶瓷相与基材相之间润湿性较差的问题，使得所获得的产品具备良好的界面结合以及优异的力学性能。
南京航空航天大学对于铝基纳米复合材料的加工是在高纯氩气保护气氛环境中进行的。加工过程中，加工参数和粉体性能是影响激光最终成形件的两个最主要因素。从粉体成分角度考虑，稀土元素和陶瓷颗粒的添加必然会增强铝合金粉体对激光的吸收率，从而可保证在的激光功率下熔池具有充足的液相量。一方面，添加的陶瓷相其粒径大小、密度以及质量分数均会影响到激光吸收率。另一方面，激光成形工艺参数同样会显著影响到铝基纳米复合材料成形过程中熔池的热动力学特性以及随后的显微组织和性能。
南京航空航天大学通过优化SLM成形中有效体能量密度来控制获得良好的成形质量，有效体能量密度的作用体现在对激光加工中熔池的稳定性、温度场、流场以及伴随的激光显微组织结构的影响，综合的反映了粉体物性和加工参数这两者对SLM加工过程的影响。南京航空航天大学的制造工艺所形成的熔池具有很好的稳定性，成形件表面具有光滑并呈现出波纹状的熔道轨迹，同时几乎看不到球化效应并获得近全致密的结构。显微组织分析表明增强颗粒得到均匀的弥散分布，基体晶粒细小并呈胞状结构生长。
创新六：3D打印技术制造马氏体模具钢
传统加工工艺中，一方面，高端模具钢的原材料方面是长久制约我国模具发展的一块短板。另一方面，模具在经过传统机械加工后，一般要经过淬火、回火 处理，而模具的形状十分复杂，因此要求较高的淬透性、较小的变形及较低的开 裂倾向性。用传统方法制造模具有生产周期长，模具的淬透性差，模具在淬火过程中开裂导致报废等挑战。
为解决现有制模技术中的工序复杂、成本高以及报废率大等问题。南京航空航天大学通过调整激光加工过程工艺参数，改善成形模具晶粒粗大问题，从而改善其机械性能。利用Mn、Ni、Cr等合金元素稳定过冷奥氏体，在激光加工极大的冷却速度下得到组织均匀的马氏体，从而省去了后续的“淬火”过程，激光加工完毕后，成形模具被传送装置送入真空热处理室完成回火过程以释放其内应力，从而得到具有均匀、细小的回火马氏体组织的成形模具。
除了粉末制备，激光加工过程控制以及后期的热处理，南京航空航天大学的研究中还涉及到更为细腻严谨的关于激光扫描速度V对熔池的过冷度和凝固速度的研究，冷却速度对淬火效应和马氏体相变的影响，相变应力和热应力的共同作用下，晶格常数所受到的影响等等。
浙江大学
微流控芯片又被称为芯片实验室，是一种在微米尺度上对流体进行操控的技术。该技术将化学和生物实验室的基本功能微缩到了一个只有几平方厘米大小的芯片之上。通过分析化学、微机电加工、计算机、电子学、材料系及生物学、医学等学科的交叉，实现从样品处理到检测的微型化、自动化、集成化及便携化。微流控芯片具有多种单元技术灵活组合和大规模集成的特点，这样便能以少量样品获得极大的信息量，更有可能超越单一的分析功能，成为一个整体微型多元操作平台。目前，微流控芯片因其在微型化、自动化、集成化和便携花方面的巨大潜力，已经被逐步应用于环境监测及污染物分析技术的研发中，并取得一系列重要进展。
浙江大学利用FDM三维打印技术制作基底，采用铺粉的方式，来制得微流控芯片。作为优选，所使用的粉为纤维素粉，为白色无臭无味粉末，不溶于水、丙酮、乙醇或甲苯，性质稳定，非常适合作为检测实验载体。纤维素粉的直径大小为74-125μm，微米级别大小的颗粒聚集体具有毛细作用，通过毛细作用可以让检测试剂在流道里自动流到反应池，无需其他外力驱动，大大简化了检测所需的条件。
浙江大学的这项技术可以应用在各种临床检测，具有可重复利用、无泵驱动、流动速度可调、流道分辨率高、成本低等优点，并且加工过程简便快捷，生产效率高，易于工业化大规模生产。
华中科技大学
华中科技大学数字装备与技术国家重点实验室张海鸥教授主导研发的金属3D打印新技术“智能微铸锻”，近日成功3D打印出具有锻件性能的高端金属零件。有望改变国际上由西方国家领导的金属丝3D打印格局。
经由这种微铸锻生产的零部件，各项技术指标和性能均稳定超过传统铸件。同时，该技术以金属丝材为原料，材料利用率达到80%以上。由于这一技术能同时控制零件的形状尺寸和组织性能，大大缩小了产品周期。制造一个两吨重的大型金属铸件，过去需要三个月以上，现在仅需十天左右。而且这种以金属丝为原材料的增材制造技术，无需模具的自由近净成形，且全数字化、高柔性，打印的零件材质全致密、没有宏观偏析和缩松，具有较高的性能。
蓝光英诺
2016年蓝光英诺的3D生物打印血管申请临床试验，动物在体实验成功之后，下一步蓝光英诺3D生物打印血管将向有关监管机构申请临床试验。
蓝光英诺3D生物打印的专利技术是生物砖，生物砖的技术意义在于实现对细胞的精确排布，这是人工构建组织器官的关键。蓝光英诺认为已知的生物打印技术存在着缺陷。目前大多数生物打印方法均无法实现对细胞的精确排布，从而也不能制造出具有精细结构的微组织团块。与此同时，在目前已经知晓的生物打印方法中，所使用的细胞均缺乏力学保护。因此，当将细胞用于3D生物打印时，细胞易于因外界压力或剪切力的伤害而受损或死亡。这大大限制了生物打印技术的应用。
图片来源：蓝光英诺
蓝光英诺的生物砖打印技术给细胞提供了有效的力学保护，从而确保了细胞在打印过程中存活率(达到90％以上)。蓝光英诺所制备的生物墨汁可在生物打印过程中实现细胞的精确排布，实现组织或器官的精确生物打印。微血管是组织内部细胞获取营养物质及排出代谢物的唯一通道。使用生物砖构建的人工构建体(如人工组织)，需要能够形成微血管，以使其内部细胞能够存活，内部具备微血管是组织块具备生物学功能的重要条件。
广州迈普再生医学
现有的金属类脊柱侧弯内固定器械在Zimmer，Stryker、Medtronic 和Depuy等公司的相关专利及技术资料中都有提到，然而现有脊柱侧凸手术矫形也存在一些问题，如：假关节形成、内固定失败 (断钉、棒和脱钩等)、深部感染等；特别对于手术患者，他们的侧凸程度 往往较为严重，医生在制定手术方案时，往往面临着是选择激进还是保守治 疗的难题。
脊柱侧弯疾病有个特点，每个病人的脊柱变形都不尽相同，侧凸角度、 旋转角度、脊椎骨形态、侧凸位置及对周边影响、脊柱旁软组织结构都不尽 相同，临床医生有个性化器械的需求。广州迈普再生医学发现3D打印技术的进步使制造更符合病人生理构造的个性化的脊柱矫形内固定器械成为可能。4D效应就是3D打印材料自动变成为预设的模型，是在3D打印的基础上增加了时间维度，也就是广州迈普再生医学的具有4D效应的脊柱侧凸内固定矫正装置中的4D的含义，随时间可控变形的性质是通过基于应力平衡的方式实现的。
广州迈普再生医学通过3D打印激光烧结打印技术制备镍钛基记忆合金材料骨架，在得到的镍钛基记忆合金材料骨架上沉积热塑性材料从而制备热塑性材料外壳或者单独制备热塑性材料外壳再将镍钛基记忆合金材料骨架与热塑性材料外壳组合，其中所述镍 钛基记忆合金材料骨架的定位孔与所述热塑性材料外壳的定位销进行配合， 从而得到功能单元。
此外，在打印工艺方面，上海悦瑞成功完成了900小时不间断3D打印、一次性打印成功中空异形拓扑优化结构设计。设备方面，福建物构所，大族激光都分别推出了超快光敏树脂3D打印机，获得高精度的同时达到高加工效率。管理系统方面，上海联泰推出了EPM打印管理系统，可实现多台打印设备的监控、管理、记录与储存，对订单进行批量排产，并可以优化数据模型，提高生产效益。
尊敬的谷友，你认为还有哪些创新填补了市场空白？欢迎在文后进行评论。
顺祝谷友元旦快乐！2017年更上一层楼！
本文参考资料：
CAAM:Strategic roadmap for the next generation of additive manufacturing materials
NEXT GENERATION MATERIALS-by office of energy efficiency & renewable energy
Journal of International Commerce and Economics by International Trade Commission
专利：具有4D效应的脊柱侧凸内固定矫正装置及其制备方法
专利：一种利用激光 3D 打印技术直接获得马氏体模具钢的方法
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