自升华三维成立以来，一直致力于金属/陶瓷间接3D打印技术的开发及应用推广。借助自主研发的粉末挤出打印技术（Powder Extrusion printing，PEP）积极推动金属/陶瓷3D打印与传统制造的深度融合。现已建成了完整的间接3D打印前后处理工艺流程，涵盖了材料开发、打印材料密炼造粒机、3D打印机、脱脂烧结炉等全工艺链设备，可提供高性能间接3D打印整体解决方案。

在亚太增材制造行业旗舰展—2024 TCT亚洲展上，升华三维正式发布了最新研发的金属/陶瓷功能梯度材料3D打印机UPR-241。升华三维联合创始人刘业博士在会上分享了PEP技术的发展进程，并对最新研发的新型金属/陶瓷梯度3D打印装备的功能特点及独特优势进行了全面解析。

▲升华三维PEP工艺链核心设备示意图

基于粉末挤出3D打印技术（PEP）的功能梯度材料3D打印法，采用颗粒材料按梯度设计自动调控混合打印成型，工序简单、设计自由度高，可实现材料的梯度连续性变化。可结合传统粉末冶金法的后处理工艺，实现连续梯度层的整体型功能梯度材料的制备。

升华三维为UPR-241研发了全新的三螺杆双组份单喷嘴系统，通过三个阶段实现成份控制、混合与挤出材料组份的实时调控。双侧给料系统根据组份设计要求，实时自动调节给料螺杆速度实现两种喂料的成份控制；进入预混料仓后，主螺杆挤出系统进行均匀混合后并挤出至成型平台，从而实现复杂结构功能梯度材料的打印成型。

金属/陶瓷功能梯度材料3D打印机UPR-241成型尺寸为180mm×240mm×160mm(W×D×H)，可通过配套的UPrsie 3D切片软件自动调控供料比例（10%-90%），实现材料成份的动态或等比例梯度层的梯度变化。

功能梯度材料3D打印机UPR-241主要优点：

• 配置了三螺杆双组份单喷嘴系统，可实现不同种类功能梯度材料打印；
• 采用了颗粒熔融挤出成形方式，可基于PIM材料进行二次开发适配；
• 可实现连续梯度层的整体型功能梯度材料设计与制备；
• 挤出系统小型化，设备结构紧凑，配备有负压吸附成型平台，安装拆卸便捷，取件方便；
• 具有自动进料功能，可实现无人看守长时间打印；
• 改进了内置热风控制系统，保证了腔室内恒温环境，防止产品开裂。

▲钨-铜功能梯度材料3D打印结构样品展示

支持金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷、金属/金属不同种类功能梯度材料。适用于复杂结构的功能梯度材料开发设计与制备。

升华三维坚持守正创新，创无限可能。UPR-241的发布，不仅可以为金属/陶瓷梯度材料设计提供最佳的组份控制和梯度分布，帮助功能梯度新材料的开发提供设计模拟和试验支持。还将以其独特的三螺杆双组份单喷嘴挤出系统，实现高效的材料混合及实时精准调控，大幅优化了梯度材料制备工艺和材料成本，为金属/陶瓷梯度材料制备工艺的开发带来了全新的解决方案。

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相关成果以论文《Effect of fabrication process on the microstructure and mechanical performance of carbon fiber reinforced PEEK composites via selective laser sintering》为题，发表于国际著名期刊《Composites Science and Technology 246 (2024) 110396》，署名作者为Shuxiang Zhang, Haibin Tang, Danna Tang, Tingting Liu, Wenhe Liao。

课题组在国际期刊上发表的论文
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110396

为了进一步提高采用SLS技术3D打印CF/PEEK复合材料的性能，汤海斌课题组开发了CF/PEEK复合粉末材料，并开发出不同的3D打印工艺参数，研究了激光功率、层厚、铺粉速度、碳纤维重量分数、微观结构下的碳纤维长度、铺粉方向对制件的机械性能的影响。研究成果表明：在采用0.08 mm层厚的工艺参数下，破坏强度高达117 MPa。

此外，研究表明：15%的碳纤维重量分数适合SLS技术3D打印CF/PEEK复合材料，最大破坏强度优于碳纤维重量分数为10%的打印结果，平均弹性模量达到8400 MPa，是已发表论文中最好的。研究还发现破坏强度与铺粉速度是不相关的，使用长度较长的碳纤维时取得的强度更高。与破坏强度的明显变化趋势不同，SLS-CF/PEEK的弹性模量敏感性要小得多。

 解决高熔点材料成形难题

华曙高科UT252P 3D打印设备于2023年9月正式面市，目前已实现多台销售装机。对于科研型用户而言，可成形材料种类、工艺参数的丰富性和开放性、关键参数的实时监控、设备开机成本及稳定性等都是其科研应用中需要重点考虑的因素。

汤海斌教授表示：“科研与其他行业不同，我们需要进行反复测试，通过不断调整和优化烧结参数，以获得最佳效果，并测试材料的耐热性、强度及韧度等，华曙UT252P系统开源，给予了我们很大便利。同时，UT252P设备具备烧结350℃熔点材料的能力，具有良好的稳定性与易操作性，也为CF/PEEK复合材料工艺的开发提供了重要保障。”

南京理工大学智能制造学院内的华曙高科UT252P设备

烧结超高温材料对3D打印设备的温场控制要求极高，目前，全球能成熟烧结超高温材料的3D打印设备屈指可数。华曙高科UT252P设备采用自主研发的8区温控技术，温场均匀性优异，有利于表面质量及性能控制；UT252P采用滚筒铺粉，对粉末流动性要求低，适应材料更广泛，不仅降低材料研发难度，还能降低翘曲概率，提高打印质量和成功率。

 碳纤维增强PEEK复合材料应用前景

纯PEEK本身是一种特殊的工程塑料，具有抗辐射、自润滑、耐高温、耐磨损、抗疲劳等特点，经过碳纤维增强的CF/PEEK材料性能比纯PEEK材料在诸多方面都有提升，其应用前景广阔：

• 航空航天：CF/PEEK材料具有低密度及良好的加工性等优势，适合高标准航空航天部件；
• 电子电器：在高温、高压和高湿度等恶劣环境下能保持良好的电绝缘性，且不易变形；
• 汽车：密度小、性能良好、工艺方便，适合轻量化汽车部件；
• 医疗：具备良好生物相容性、高强度和射线可透过性，可用于制造骨科植入物，脊柱融合器、椎体间融合装置和骨固定板等。

华曙高科表示，未来将携手更多高校科研用户，发挥增材制造技术优势，合力推进新材料、新工艺、新应用的创新探索，为我国科研事业添砖加瓦。

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来自中国计量科学研究院、航空工业北京长城计量测试研究所、浙江省计量科学研究院等计量机构的专家，中国计量大学、浙江大学、南京航空航天大学、同济大学、之江实验室等高校科研机构学者，CMVU机器视觉产业联盟、浙江省模具行业协会等协会专家，中航工业成飞、松下电器、江铃汽车、丰田汽车等企业用户，爱德华、中图、新天光电、Geomagic杰魔、Mitutoyo三丰、FARO法如等行业伙伴代表出席会议。各个领域专家多层次、多维度交流计量经验知识，碰撞学术思想，共同推进三维光学测量技术的标准化与规范化发展新趋势。

 01 标准筑基·精度为擎

先临三维精度实验室正式通过CNAS（中国合格评定国家认可委员会）认证，已具备“独立开展校准服务”的技术能力，以高精度的尺寸测量服务，为公司、行业以及客户产品的研发、生产、制造等提供更加可靠的质量保障。

中国计量科学研究院专家 杜华（左）；先临三维精度实验室主任 李仁举（右）

微米级的校准仪器与恒温恒湿的检测环境，让精度实验室的整体配置达到国内外权威计量机构同等水平；计量传递与计量溯源量线并行共同实现可追溯性计量校准，保证校准结果客观、准确。

先临三维精度实验室的产品校准服务，基于国家计量技术规范JJF 1951，以及德国工程师协会发布的VDI/VDE 2634 国际标准，可以出具盖有CNAS标准章的精度报告，实现与全球100+国家及地区互认。

先临三维不仅是标准规范的践行者，也是标准规范的参与制定者。2022年6月28日，JJF 1951-2021《基于结构光扫描的光学三维测量系统校准规范》这项国家计量技术规范正式实施，为光学三维测量技术的规范化和普及化应用提供了重要指导和依据。

此外，先临三维还牵头起草了“白光三维测量系统”与“结构光手持式三维扫描仪”的行业标准，参与起草“牙颌模型三维扫描仪技术要求”国家标准。

 02 链起高精度三维视觉生态

企业创新能力一方面取决于内部资源投入，同时也得益于创新生态中的协作力量。先临三维不仅强化自身研发实力，还积极联动产业链上下游、高校、科研院所、行业协会和用户共建三维视觉创新应用生态，以实现跨界合作，共创共享。

中国计量大学机电工程学院副院长 许素安（左）；先临三维3D数字化事业部总经理 杨扬（右）

本次会议上，先临三维与中国计量大学签订长期合作协议，双方进一步在计量领域开展人才共育、应用共探、资源共享的合作，共同推动三维光学计量仪器和测量技术应用的发展。目前，先临三维已经与浙江大学、清华大学、北京大学、四川大学等知名高校开展合作，承担十余项国家、省、市重要科技项目。

标准筑基，精度为擎。走过近20年，先临三维作为高精度3D视觉领域领军企业的背后，是坚持长期主义的逻辑，不断加大研发投入，坚持建设标准体系，持续深耕终端应用，以“高精度与高标准”链动产业生态，为制造业高质量发展筑基护航。

关于CNAS

CNAS是中国合格评定国家认可委员会的英文简称，是国内唯一一家具有资格颁发国家认可实验室的机构。国家实验室认可是由中国合格评定国家认可委员会（CNAS）对检测/校准实验室和检查机构有能力完成特定任务做出的正式承认及授权，通过认可的实验室出具的检测/校准报告可以加盖中国合格评定国家认可委员会（CNAS）和国际实验室认可合作组织（ILAC）的印章，所出具的校准项目的数据具有国际权威性，其数据国际互认。

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Point Designs 选择 3D Systems公司作为其生产合作伙伴，成功解决了供应问题并推进了产品开发过程。在与3D Systems 专家密切合作后，该公司在短短六个月内从钢材质打印过渡到钛材质打印，既提高了工作流程效率，又获得了可改进其材料组合的宝贵知识。

 挑战

Point Designs 很早便能接触到科罗拉多大学的实验室资源，从一开始就考虑用 3D打印创建其 Point Digit 解决方案。不过，随着该解决方案的普及，该公司需要合作伙伴来帮助其提高产能。3D Systems 在医疗设备方面的优异记录，在高质量可重复钛材质打印方面的专业知识以及对增材制造技术和工艺的深入了解，使其成为了 Point Designs 的最终选择。两家公司共同将 Point Digit 解决方案应用于钛材质打印，缩短了该方案的上市时间，生产出实用、美观且经优化的产品组件。

Point Designs 采用的主要增材制造功能是活动铰链，该铰链在原位置打印为装配件，能够转动以实现更自然的动作。

 解决方案

l 合作推进增材制造设计

Point Designs 在设计Point Digit解决方案时，利用了增材制造设计 (DfAM) 优势，即在原位置创建有机形状、半空心结构和装配件。这些是增材制造独有的功能，也是许多人采用该技术的有力原因，即能够按预期功能设计部件、减轻重量并减少组装需求。然而，实现成功的3D 的打印效果可能很棘手，尤其是最终产品涉及有着严格公差要求的详细机制时。据 Point Designs 首席执行官 Levin Sliker 称，与 3D Systems 的合作帮助其团队改进了针对打印过程进行优化的设计。

Point Designs采用的主要增材制造功能是活动铰链，该铰链在原位置打印为装配件，能够转动以实现更自然的动作。能够在原位置打印这个装配件是极大的优势，因为该铰链组件不仅很小，还属于内部组件。

l 确定大规模生产优化打印策略

尽管产品的发布时间很短，但 Point Designs 开始与 3D System 合作时需要克服一些与设计有关的挑战，特别是部件方向方面的难题。Point Designs 选择了其现有的构建方向，以便适应其最终部件的关键尺寸和严格公差。

不过，这种方向并未针对规模化生产进行优化。3D Systems和Point Designs 合作设计了新的打印策略，可以在考虑下游流程的同时，在一次构建中打印更多的部件。为了避免在关键表面上留下支撑痕迹，两家公司合作开发了易于移除的支撑结构和后处理技术，以便在这些表面上呈现所需的光洁度。

3D Systems 和 Point Designs 合作设计的新打印策略，可以在考虑后续制造流程的同时，在一次构建中打印更多的部件。

l 过渡到优质钛材质

Point Designs 寻找制造伙伴时，其最关心的就是产能。选择 3D Systems 让公司获得了钛材质这个意外之喜。但 Point Designs 并不是唯一的受益者。Jeff Soelberg 是 Point Digit 解决方案的最终用户，他佩戴过钢材质假肢和钛材质假肢。新材质让假肢的重量减轻了 30%，差别立刻就显现出来。Soelberg 说，佩戴钢材质假肢时好像随身携带了一个小重物。他表示，“改用钛材质假肢后感觉更轻、更自然”。

用户Jeff Soelberg 与他所佩戴的Point Designs 手部假肢。

除了重量减轻之外，这些假肢器械的材料和设计还获得了最终用户的大量正面反馈，因为这些器械具备强度高、持久耐用和易于清洗等优点。用户可以在通常会用到手指的任何环境中使用这些器械。Soelberg 说，通过练习，他能进行事故前 95% 的活动。

在材质过渡方面，3D Systems 帮助 Point Designs 应对了钛材质的特殊挑战，分享将转化为未来项目的专业知识。其中最主要是协助设计以适应钛的收缩系数。

Point Digit 2.0 钛解决方案采用 3D Systems 的直接金属3D打印 (DMP) 技术和 LaserForm Ti Gr23 (A) 材质打印，该材质具有一流的氧气水平 (<25 ppm) 和惰性打印气体，可确保部件具有出色的强度、准确度、高化学纯度和可重复性。3D Systems 的打印机在生产部件时，每个部件均使用同一个数字数据包，且所有打印机的打印结果全都一致，实现了规模化生产，而且打印结果不存在整体偏差。

 减少组装

Point Designs 和3D Systems 合作开发了四款产品，每款产品均由多个 3D 打印组件组成，并有多种尺寸可供选择，共有 17 个库存单位和 107 个独特组件。Point Designs 从3D Systems 处收到打印部件后，交由 Point Designs 团队采用现成和定制组件加以组装。组装后，Point Designs 将产品交付给假肢修复师，再由修复师为每位用户定制假肢接受腔。

Point Designs 从 3D Systems 应用创新小组处收到打印部件后，交由 Point Designs 团队采用现成和定制组件加以组装。

在解决供应问题方面，Point Designs 的业务发展专家 Griffin Drye 说，自从与 3D Systems 合作以来，两家公司建立了可靠的生产节奏，此后 Point Designs 再也没有出现过订单延期的情况，这是一个有意义且令人感到愉快的成就。该成就离不开 Point Designs 和 3D Systems 之间密切而坦诚的沟通，因为这让双方都能知道对方的时间安排，便于进行准确预测和规划。继成功推出一级医疗器械 Point Digit 2.0 后，Point Designs 目前正在寻求利用 3D Systems 的专业知识大量推出其他假肢产品。

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 布局紧凑灵活

FS200M的设计充分考虑了产业化用户的需求，结构紧凑，集成度高，其占地面积为3.48平方米，仅为同类产品的一半，成型缸尺寸为425×230×300mm，可满足大尺寸零件打印与批量化生产，建造平台高度友好，基板安装和拆卸过程更简便，它可支持更密集、更灵活的工厂布局，以经济的增材制造成本实现工厂单位面积产能最大化。

 打印效率更高

在成形效率上，FS200M采用双向铺粉，结合大量的实践测试，在保证成品质量的前提下最大限度缩短单层铺粉时间，提高打印速度。同时配备500W双激光，采用华曙高科独特的激光扫描策略，使双激光使用率最大化，比单激光效率提升约70%，并能结合实际需求开发多层厚打印工艺，实现超高打印效率。

与此同时，用户还可根据实际需求选配自动嫁接功能。自动嫁接能实现对基座特征的快速抓取，大幅缩短对位时间，不但可以节约开机成本，而且减轻了操机人员工作负担，多工件重复定位精度能达到0.1mm以内。

 创新风场设计与扫描策略

FS200M创新风场设计，多级风路确保长时间打印腔体清洁及平光镜清洁，激光能量不受影响，实现打印过程清洁，使工件效果更好。

通过华曙高科创新双激光扫描策略和校准算法，可精确控制双激光运行，实现每个激光器的智能扫描路径规划。双激光高效协同运作，最大幅度提高建造效率的同时可实现动态搭接，确保全幅面下打印部件性能一致。

 创新扫描策略：

l 智能搭接：根据每层任务量调整搭接位置，使两个激光器单层工作时间接近，减少激光之间的等待时间，达到最大双激光最大使用率。

l 抽壳功能：将工件划分为外观区和实体区，分别应用精细参数和高速参数，保证表面质量的同时提升效率。

l 同一个工作包内应用不同层厚的打印工艺，不同层厚的工作面，铺粉量可智能调整，提升效率。

 降低生产成本

FS200M多级循环过滤系统升级，并配备自动反吹功能，保障设备运行安全稳定，其二级过滤系统的滤芯使用寿命长，目前已装机用户现场实际使用超过1500小时，滤芯状态良好，还在继续使用中，降低了产业化用户生产成本。

FS200M还配备了移动送粉模块，能实现不停机续粉，且支持多台设备供粉，高效可循环使用的粉末管理系统还可回收打印过程中溢粉，经过振动处理重新使用，降低用户使用成本。

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Stämm公司正在开发一款基于微流控技术的生物反应器，它使用了自主开发的专有砖印技术，已经在Sclereid 3D打印机装配。据Stämm称，这款3D打印机可以满足全球生物制药的生物反应器的安装需求。

除了完善微流控生物反应器和相关工具外，该公司还计划利用新的资金将员工人数增加到200人左右，并扩大国际影响力。

Stämm生物技术公司的生物处理器，包含该公司的3D打印微生物反应器。图片来自Stämm Biotech。

 Stämm的新型生物反应器

工业级的生物反应器多是大型的、经过消毒的罐子，里面充满了特定类型的细胞或生物体可以生长的介质。在大多数生物反应器中，细胞培养物使用电动仪器进行搅拌，使用冷却剂保持所需温度，并提供适量的氧气以支持生长。

Stämm正在寻求将这种生物制造设施缩减为一个桌面大小的一体式即插即用装置，由三个微流控设备组成。该公司的生物反应器包含：

1) Cell line-on-a-chip：以提供稳定的可用细胞流来启动反应过程；

2) Bioreactor-on-a-chip：可以校准培养基、PH值、溶解氧和细胞密度等参数；

3) 一个用多孔材料打印的无气泡微生物反应器。

对于微生物反应器，Stämm公司正在部署3D打印技术来制造一个复杂的微通道网络，使细胞可以接触到它们所需的营养和氧气，因此消除了对水箱、搅拌和管道的需求。微通道使细胞处于连续的、单向的、层状的流动中，并使细胞、介质和气体得到理想的混合，以确保在任何时候都处于最佳条件。

微流体通道的复杂性质意味着3D打印是确定的唯一适合这项任务的技术。然而，市场上现有的增材制造工艺无法在不影响精度尺寸的情况下提供大的表面区域。为了克服这个问题，Stämm公司决定建造自己的机器。

Stämm的Sclereid 3D打印机采用了专有的砖印技术，利用了同时打印数百万个点的优势，并具有激光打印机的精度和多功能性。Sclereid配备了29升的打印量，能够每秒打印5.9亿个大小为6微米的像素，每层的像素数高达9.83亿。

在开发了Sclereid之后，Stämm公司又用该机器为桌面生物制造设施3D打印了微型生物反应器。该生物反应器不仅比许多传统的工业同类产品小200倍，而且还声称可将生产力提高约70倍。

由StämmBiotech的砖印技术驱动的Sclereid 3D打印机。图片来自Stämm Biotech。

 1700万美元的A轮融资

Stämm在这次A轮融资筹集1700万美元后，迄今为止的融资总额达到2000万美元。它将利用这些资金继续开发3D打印生物反应器，并进行商业化。

Stämm公司将把部分资金用于将员工人数翻倍至约200人，并扩大国际影响力。注资还将帮助该公司进一步完善和开发控制生物制造设施所需的工具。

最新一轮融资由资产管理公司Varana牵头，新投资者Vista、New Abundance、Trillian、Serenity Traders、Teramips和Decarbonization Consortium参与。Stämm的现有投资者Draper Associates、SOSV、Grid Exponential、VistaEnergy、Cygnus Draper和Dragones VC也支持该轮融资。它有五个潜在的新客户，并计划在2022年把生物反应器进行规模化试点。

3D打印的DNA扩增装置包含一个磁铁和PCB加热器。照片来自克里特大学。

 3D打印生物反应器的进展

在此之前，增材制造已经被利用于各种生物反应器的设计。例如，来自麻省理工学院（MIT）和印度马德拉斯理工学院的科学家团队开发了一种新型的3D打印微流控生物反应器，能够以仅5美元的成本培育自组织的人类大脑组织，这可以为药物测试和开发治疗痴呆症等疾病的方法提供低成本的替代方案。

在其他地方，克里特大学的研究人员此前已经3D打印了用于DNA复制目的的生物反应器，而康奈尔大学的科学家则3D打印了一个能够制造合成肠子的微观生物反应器。

文章来源：南极熊

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高科技聚合物材料制造商科思创（Covestro）在德国和荷兰（原DSM帝斯曼）的增材制造中心采用华曙高科高分子激光烧结设备，成功测试TPU、PP和PBT等新材料的加工工艺和3D打印。其下游客户已验证这些部件作为终端件在汽车、电气和消费品行业的成功应用。基于客户的反馈和成功，华曙高科与科思创不断加强合作，促进3D打印批量化生产。

华曙高科和科思创均致力于开源增材制造理念的推广，客户可以自由选择最适合其终端应用的粉末材料，在华曙3D打印设备上使用。此次合作，科思创贡献其在高分子3D打印材料方面的专业知识，华曙贡献其在高分子激光烧结设备方面的专业知识。目前科思创已成功推出在华曙252P系列设备上开发的TPU和PBT粉末材料。更多高分子材料的开发以及更广泛产业化应用的开发也是双方加强合作的目的之一。

 客户成功案例：

实现TPU部件高产能生产

科思创、华曙高科和Seifert Logistics Group (SLG)（位于德国乌尔姆Ulm）合作，共同开发了鞋类TPU部件。Seifert Logistics Group采用华曙高科SS403P设备实现了TPU部件的高产能生产。

科思创、华曙高科和汽车行业某合作伙伴共同合作，采用原DSM帝斯曼的PBT粉末材料Arnite®T AM1210 (P)，成功开发了一系列汽车内饰终端应用部件。

华曙欧洲分公司总经理兼华曙全球管理团队成员Dirk Simon博士表示：“我们很高兴通过积极支持新材料开发新应用，不断扩展增材制造市场机会。华曙的高分子激光烧结设备与科思创的高分子粉末材料完美兼容，它提供了非常有趣的特性，为我们客户的市场成功奠定了重要基础。”

华曙设备都是真正开源的设备，这意味着用户可以自主调节工艺参数，自由选择打印材料，实现高品质部件的高效率生产。华曙设备的高温（HT）和超高温（ST）配置，提供的建造腔体温度高达220°C和280°C，这些设备均配备强大的激光器。华曙高科致力于帮助用户降低3D打印部件的生产成本，例如其光纤激光Flight®技术。部件的高效率生产使得增材制造产业化应用成为可能。

科思创增材制造创新总监Geoff Gardner表示：“通过与3D打印设备制造商的密切合作，我们可以在研发过程中测试材料，并为客户提供已通过验证的材料和3D打印解决方案。华曙的高分子激光烧结设备，特别是华曙Flight®技术，可以在标准温度和超高温下运行，因此我们可以在同一台华曙设备上打印PBT、PP和TPU等不同材料。凭借更高的精度和生产率以及更低的单件制造成本，华曙设备非常适合产业化生产。”

文章来源：华曙3D打印 

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生物组织中的梯度特性在生物生长发育过程中起着关键作用，从神经管的极化到骨软骨界面的结构，梯度广泛存在。考虑到自然组织中各种梯度的重要性，在组织工程领域，不能忽视工程化移植组织中连续梯度特性的重现。然而，目前构建组织梯度特性的方法，通常存在不可避免的瓶颈。

来自哈佛医学院的张宇团队首次介绍了一种梯度DLP 生物3D打印系统，结合了DLP和微流控，重新设计了料槽系统，以构建功能分级的支架和组织结构。在混合墨水并混沌流动后，可以生成细胞梯度、化学梯度、机械梯度、孔隙梯度以及PEGDA和GelMA的双墨水梯度，并可以制造具有精确可预测梯度的复杂结构。其中梯度结构可以是连续的，也可以是离散的。

相关论文“Digital Light Processing-based Bioprinting with Composable Gradients”发表于杂志Advanced Materials上。

图1 具有不同颜色梯度的三维异质结构水凝胶的打印

如图2所示，3D打印系统包括一台DLP打印机和一个微流控混沌混合料槽，其中料槽系统能以可控和可预测的方式，获得混合梯度生物墨水。

图2 实时可组合梯度DLP打印平台建立和打印过程示意图

如图3所示，通过分别监测2、3和5种颜色的PEGDA墨水的混合，来表征微流控混沌混合料槽的混合性能。光学图像和RGB强度分布均证实，通过使用这种料槽系统，可以获得所需梯度水平的均匀溶液。

图3 2、3和5种颜色的PEGDA的混合评价微流控混沌混合料槽的混合性能

如图4所示，通过向混沌混合料槽提供不同微通道流速不同颜色的PEGDA墨水，来研究微通道内流体速度对混合效率的影响。光学图像和RGB强度分析结果表明，微通道流速越快，混合效率越高。 

图4 微流控混沌混合料槽在不同微通道流速下多种墨水的混合效率

如图5所示，为了更好地理解如何控制印刷过程中的图案梯度，通过动态调整不同颜色PEGDA墨水的比例，来调节混合。结果表明，通过控制入口流速，可以精确地将所需体积的不同颜色PEGDA墨水，注入混合微通道，从而在料槽中形成连续或离散的混合梯度墨水。

图5 控制入口流速实现不同梯度特性2维和3维结构打印

如图6所示，研究人员进一步说明了这种基于DLP和微流控的梯度生物打印系统在制造具有多功能梯度的组织结构中的生物学应用，包括细胞密度、基质硬度、生长因子浓度和孔隙率。

图6 梯度生物打印系统在制造多功能梯度组织结构中的生物学应用

如图7所示，在为期4周的成骨研究中，以三组不同流量比将成孔GelMA-葡聚糖/BMP-2/MSC墨水与GelMA/MSC墨水混合，从而构建不同浓度梯度的混合墨水来进行打印。免疫荧光染色和基因表达数据表明，孔隙度和BMP-2的双重梯度成功地刺激了骨髓间充质干细胞的成骨，并在很大程度上再现了骨组织的结构。

图7 孔隙率和BMP-2双梯度诱导的成骨作用

综上所述，基于DLP和重新设计的微流控混沌混合料槽，研究人员首次建立了一种能够实现实时可组合梯度结构打印的打印系统。可构建的生物墨水梯度，包括多种细胞的细胞密度、基底刚度、生长因子浓度、孔隙率和孔隙大小梯度等。并且梯度无论是连续的还是离散的，均可通过实时混合所需数量的生物墨水的体积（由入口流速控制），来方便制定。打印得到的复杂水凝胶梯度结构，更是具有多维度、高分辨率的特点。这种基于DLP和微流控的梯度生物打印系统能够再现自然组织的梯度特性，具有良好的分辨率和复杂的结构，具有广阔的应用前景。

参考文献

Mian Wang,Wanlu Li,Luis S. Mille,Terry Ching,Zeyu Luo,Guosheng Tang,Carlos Ezio Garciamendez,Ami Lesha,Michinao Hashimoto,Yu Shrike Zhang. Digital Light Processing Based Bioprinting with Composable Gradients. Advanced Materials
https://doi.org/10.1002/adma.202107038

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这些经认证的创新材料将为航天、赛车运动和汽车、半导体、能源和模具制造等市场中的增材应用提供优质的高强度、耐腐蚀工业部件。

由此，3D Systems的客户能够在其DMP 系列金属3D打印设备上使用这两种优化的高性能材料。

此外，3D Systems 还与材料制造商 APWORKS 和 voestalpine BÖHLER Edelstahl 合作，以认证这些材料可用于其金属 3D 打印技术。DMP Flex 350 和 DMP Factory 350 3D打印设备的用户现在可以与3D Systems 的应用创新小组 (AIG) 合作，对这些材料进行有效认证，以更快的上市时间获得竞争力。

 Scalmalloy® 高强度铝合金

采用经认证的 Scalmalloy (A) 材料，在DMP Flex 350 金属 3D 打印机上生产而成的悬架摇杆。这种专为金属增材制造而开发的铝合金材料凭借其高强度，帮助客户进一步减轻金属结构部件的质量。© 3D Systems

Scalmalloy 是一种高强度铝合金，抗张强度为 520MPa，屈服强度为 480MPa，明显强于参考材料 AlSi10Mg。Scalmalloy 的高强度使其成为增材制造的轻量化承重组件的理想选择。制造商通过使用这种材料，并且借助于 3DXpert® 软件中提供的完全开发的构建样式（可用于3D Systems的DMP Flex 350 和 DMP Factory 350 金属 3D 打印机），能够生产出高强度、耐腐蚀的铝制部件。此外，使用 Scalmalloy 铝合金材料生产的部件可在后处理过程中进行化学清洁，去除表面残留物，以制造出具有最佳表面光洁度的最终部件。这种材料特别适用于以下应用环境：

• 航天：无源射频组件（例如，过滤器、波导等）、轻型结构组件
• 赛车与汽车：金属结构组件（例如悬挂支架、变速箱壳）、能源和流体管理
• 半导体：流体流动（例如歧管）、热管理（例如冷却喷嘴、晶片台）

“将 Scalmalloy 部件的增材制造能力添加到我们的产品组合中是我们向前迈出的重要一步；尤其是对于我们的航天客户而言，”3D Systems 航天与国防部门副总裁 Michael Shepard 博士说，“Scalmalloy 拥有极具吸引力的强度重量比，并且比许多传统的高强度铝合金更适合 3D 打印。这些性能属性使其成为航天应用的理想选择，我们期待看到我们的客户使用 3D 打印的 Scalmalloy 组件，通过其创新继续挑战极限。”

 M789 (BÖHLER M789 AMPO) 无钴工具钢

用于通风口的高强度模具镶件，采用经认证的 M789 (A) 无钴工具钢金属增材制造生产而成。集成式随形冷却通道可以管理散热，实现均匀冷却，减少翘曲和变形，同时提高注塑成型的整体经济性。© 3D Systems

3D Systems 的增材制造用户通过使用 M789 材料，能够生产出高强度模具和工具，其不仅可以硬化至高达 52HRC，而且不含钴。

3D Systems 通过与其合作伙伴 GF 加工方案合作，为其 DMP 平台获得了 M789 认证，以满足客户对硬度大、耐腐蚀的工具钢的需求，促进先进应用。延伸阅读：《东江模具成功案例分享-嫁接打印在模具生产中的应用》；《钢片还是复杂花纹一体化模具? 3D打印在轮胎模具制造中的两种应用》。

由此生产的部件非常适合长期使用，能够在高强度的重复制造过程和高湿环境中使用。这种材料特别适用于以下应用环境：

• 模具制造：随形冷却的模具镶件
• 能源：钻头、切削刀具
• 汽车：轮胎模具、传动系统部件、轴组件

“我们汽车行业的客户日益依赖增材制造来推进甚至加速其创新，”3D Systems 交通和赛车运动部门负责人 Kevin Baughey 说，“将 M789 作为我们金属 3D 打印解决方案的一部分，可为我们的汽车客户提供更高精度，并且有助于他们将该技术用于需要更高保真度和更薄壁厚的应用（例如具有随形冷却和轮胎胎面模具的冲压模具镶件），并为其提供竞争优势。”

深度了解3D打印铝合金材料、工具钢材料以及模具应用，请前往《铝金属3D打印白皮书》，《不锈钢3D打印白皮书》与《3D打印与模具行业白皮书》。

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2021 年 9 月 8 日，3D Systems宣布与 Oqton 达成收购协议，Oqton 是一家软件公司，该公司是创建新型智能、基于云的制造的操作系统 (MOS) 平台的领导者。

 将作为3D Systems 内独立组织和解决方案平台运营

Oqton 的MOS平台专为灵活的生产环境量身定制，这些环境越来越多地在生产工作流程中利用一系列先进的制造和自动化技术，包括增材制造 (AM) 解决方案。基于云的解决方案利用工业物联网 (IIOT)、人工智能 (AI) 和机器学习技术，为客户提供一种全新的强大方式，以实现其数字化制造工作流程的自动化、扩展其运营并增强其竞争力。将这些工具与敏捷平台结合使用，可以快速应用于最具挑战的生产工作流程，例如牙科、医疗保健、生物技术、航空航天和汽车行业的工作流程。

“我们工业和医疗保健领域的客户正在加速在生产环境中采用增材制造，”3D Systems总裁兼首席执行官 Jeffrey Graves 博士说， “他们越来越意识到需要一个制造软件平台，该平台不仅可以轻松智能地整合打印机本身，还可以整合所有数字生产系统和关键企业软件，以优化从原材料到成品和检查组件的整个工作流程。该系统必须足够灵活，不仅要适应当今的制造技术，还要能够轻松适应未来的平台变化。Oqton MOS 通过无缝集成客户当前 ERP、MES、PLM 和 CRM 系统中的企业信息和数据，以及全方位的车间制造运营和软件，满足了这一市场需求。使用 API 来创建这些系统之间的轻松链接是 Oqton MOS 的一个独特属性。这允许客户在车间使用他们选择的制造和自动化设备来满足他们独特的工厂需求。Oqton 的基于云的 MOS 解决方案具有嵌入式 AI 和机器学习功能，然后以当今无法实现的方式优化和自动化这些制造元素。该解决方案通过整合解决方案和优化生产工作流程，以变革性的方式降低了采用增材制造的障碍。”

Oqton MOS 的可用性通过优化客户在完整生产环境中使用 3D 打印和其他先进制造技术（包括协作机器人、机加工、精加工和检查操作）来满足关键的行业需求。为了最有效地满足这一需求，Oqton 将作为 3D Systems 内的独立组织和解决方案平台运营，通过第三方验证确保数据机密性和安全协议。

通过收购 Oqton 并承诺继续专注于转型和优化数字制造系统，3D Systems 还将扩大其最先进的软件平台——3DXpert®、3D Sprint®、Geomagic ® 产品组合，以及 Additive Works 的 Amphyon™ – 作为 Oqton MOS 平台的可选附件。随着 3D Systems 对这些市场领先的增材制造工具的持续投资，公司相信它们可以在推动所有市场使用增材制造方面发挥重要作用，从而造福于这个快速发展的行业的所有利益相关者。

Oqton 首席执行官兼联合创始人 Ben Schrauwen 博士在评论此次交易时说：“我们很高兴加入 3D Systems，并期待利用他们的知识、资源和能力继续创新和提供有助于公司加速在生产环境中采用增材制造。与此同时，我们带来了我们在人工智能、自动化和机器学习方面的深厚专业知识，这将帮助我们的客户和合作伙伴在广泛的医疗保健、生物技术和工业市场垂直领域扩展和连接不同的制造过程。”

根据现有市场数据，目前智能制造市场规模估计为 15 亿美元，预计到 2025 年将扩大至 60 亿美元。本次交易的购买对价总计 1.8 亿美元，包括现金和 3D Systems 的股票。随着 Oqton 的加入，3D Systems 预计到 2025 年软件收入将超过 1 亿美元。在获得所需的监管批准后，该交易预计将于 2021 年第四季度初完成。

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