高通量3D打印工艺，哈佛大学的直接书写技术的特点是什么？

3DScienceValley — Thu, 11 May 2017 02:51:06 +0000

要提高3D打印的速度，在粉末床激光熔化工艺领域，通过增加激光光束或安装激光阵列来提高打印速度；在材料喷射3D打印工艺领域，通过多喷嘴的方式可以显著提升打印速度。

在高通量的多喷嘴3D打印工艺方面，已经实现商业化的企业不在少数。其中Xjet的喷墨打印系统每秒钟喷射出上千滴“油墨”，听起来有点像大幅面数码打印在Z轴上增加了一个维度。其他包括惠普的多射流熔融技术，则将3D打印速度提升了十倍。

高通量3D打印领域，另一个十分具有想像空间的技术是直接书写技术，这项技术专利中就包括哈佛大学Lewis教授的直接书写专利，那么这一Direct Write打印技术除了实现高通量的3D打印工艺，还有哪些特点呢？

Lewis教授的直接书写技术描述中重点是多喷嘴Multinozzle沉积系统，这个系统包括两个独立的微通道网络，第一微通道网络和第二微通道网络。第一种油墨主要是高分子塑料，包括硅胶以及环氧树脂组成的油墨。

Lewis教授认为这种直接书写的打印技术有利于创建最小收缩和变形的结构，并且可实现大尺度打印的可能，这种可以用来实现平面和三维维度上微结构的零件快速生产具有广阔的应用空间。具体可商业化的领域包括印刷电子、太阳能电池、微流体芯片、新型复合材料、组织工程等。

根据3D科学谷的市场研究，在直接书写3D打印工艺方面，LLNL美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室也颇为活跃，LLNL还开展了一个新的金属3D打印技术研究项目–金属直写技术（Direct Metal Writing），并希望通过该技术克服目前粉末床3D打印技术所存在的不足。

与粉末床3D打印技术不同的是，LLNL金属直写技术所使用的打印材料不是金属粉末，而是由金属铸块加热而成的半固体状材料，材料中的固体金属颗粒被液体金属所包围，呈现出膏体一样的状态。像膏体一样的金属材料在压力的作用下，通过打印喷嘴挤出。

与哈佛大学Lewis教授的直接书写专利中提到的一致，这种工艺的关键在于如何掌握材料的流动属性。

而LLNL实验的高性能计算能力可以准确模拟材料的流动，LLNL将这种模拟技术用在开发碳纤维复合材料的3D打印工艺上，模拟了碳纤维复合材料流经3D打印机喷头，以数以千计的液滴形成固体的过程。

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“外星人”－哈佛通过金属和活细胞制作3D打印“墨水”

3DScienceValley — Fri, 18 Mar 2016 04:08:46 +0000

3D打印技术的一大魅力是创新、前沿。在科研院校中，哈佛大学、麻省理工可谓引领3D打印技术创新，其中不少的技术颇让人耳目一新，有种外星人来袭的感觉。

本期，3D科学谷与谷友一起近距离来看屡获奇功的哈佛大学Lewis实验室在发生什么？

3D科学谷认为3D打印技术的终极PK是解决方案，包括材料解决方案以及软件建模仿真、加工参数、质量控制解决方案。哈佛大学的Lewis实验室曾一直专注于做给3D打印机提供打印材料－“墨水”的解决方案业务，这些功能各异由各种材料制成的“墨水”，被装进像办公室打印机所用的“墨盒”里，只是这些材料不是用来喷在纸上。

图片：Lewis实验室通过3D打印的“约束梁”，可用于吸收能量的应用中，如汽车的保险杠

今年早些时候，以Jennifer Lewis教授领导的哈佛大学Lewis实验室4D打印的水凝胶复合材料实现了精确的控制打印结果局部肿胀和变形的行为。

而本月早些时候，哈佛大学Lewis实验室获得3D打印人工组织的最新突破，可以打印出维持生物学功能的并可以存活超过六个星期的组织。奥秘是三种生物“墨水”，第一种墨水含有细胞外基质，第二种墨水包含细胞外基质和干细胞，第三种用于打印血管，打印血管的“墨水”属性非常特殊，它们在冷却之后将会融化，只留下由内皮细胞长成的人工血管壁。

而Lewis实验室的另一项主要成就是创造了含有金属的“墨水”，使得3D打印进入到电子产品的制造领域。

图片：Lewis实验室3D打印的球形偶极子天线

我们通常所熟知的塑料必须经过高温加热成液态，然后被打印喷嘴挤出来才能完成3D打印，但Lewis实验室的专业金属“墨水”是对压力敏感的，“墨水”以固体的方式储存的，但当“墨水”经过打印喷嘴压缩挤压的时候，就变成液态形式，而一旦挤出完成即成固态。Lewis实验室将这种“墨水”比喻成牙膏或者是花生酱。

图片：Lewis实验室通过计算机显示3D打印的电子银纳米颗粒导电迹线

Lewis实验室认为生物3D打印和金属3D打印可以集成到一个项目中，比如将金属打印的传感器嵌入到生物组织中，这样可以监测细胞的健康状况如何，或者用于药物测试包括组织如何回应新的药物剂量刺激。

图片：Lewis实验室通过3D打印的传感器来检测和测量手指的动作

3D科学谷了解到像许多波士顿的研究实验室一样，Lewis实验室已经将部分研究成果商业化。包括3D打印机Voxel8就是他们于2014年创办的，这个桌面大小的打印机，可以用来打印塑料以及金属物体，在医疗设备、可穿戴设备方面有着广泛的应用前景。麻省理工的MIT技术评论就在2015年将Voxel8列为Top 50最聪明的公司，而Jennifer Lewis教授被Fast Company评为最有创新精神的人。

图片：Lewis实验室通过3D打印的64通道喷嘴

到目前为止，Voxel8的支持者包括三维设计巨头Autodesk；In-Q-Tel－支持美国中央情报局工作的一家投资公司；Braemar能源企业和ARCH合资伙伴共投资了1200万美元。

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