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全球正在研发的七大3D打印尖端技术

关键词:3D打印,3D打印技术,传感器

来源:中电网    2016-08-15

今年,在全球3D打印创新热潮的带动之下,3D打印技术不断取得新的突破,在世界科技产业越来越受到青睐。其中,我国的3D打印“三大世界第一”可谓是抢尽了风头,世界最大增材制造设备,最尖端发动机制造技术以及世界首次“三位一体化”3D打印新技术令世界3D打印产业为之惊叹,也让世界各国看到了中国潜心多年发展高科技获得的伟大成果。

然而,其他各国也不甘落后,美国雷神公司的3D打印导弹技术,NASA的3D打印月球基地以及俄罗斯的太空3D生物打印机。虽然这些技术仍在研发当中,但让我们看到了一个充满生机与活力的3D打印产业。也正是这些无形的竞争与赛跑,开启了全球3D打印产业新世界的大门!

1.NASA的月球3D打印房屋

最近,美国南加州大学的工程学教授Behrokh Khoshnevis与NASA进行密切合作,他们将针对在月球上建造房屋这一项目进行更深入的探讨并制定可行的方案,称这种技术为“轮廓工艺”,他基本上是由3D打印的混凝土快速建立一栋房子,这种新概念的轮廓工艺或许会在不久的将来实现。

据称,他们最初步的想法是,在月球上也建造和地球上一样的房屋。使用3D打印机来建造的话速度会很快,可以采取直接打印的方式,也可以采用在地球上打印好,再拿到月球上组装。这项计划已经进行到了第二部分,将为期两年,投资50万美元。虽然他们并不知道何时才能看到月球上真正有房屋建成,但是科学家们的探索无疑会解决一部分居住问题。

2.砌砖3D打印机器人

最近,一家澳大利亚公司Fastbrick Robotics开发的Hadrian 105机器人占据了各大科技新闻的头条。据称,这款机器人能够以每小时225块砖的速度砌砖,如果人要砌这些砖的话,估计要用半天。不过这还不是全部,据了解,Fastbrick Robotics目前正在Hadrian 105的基础上开发一款更大更快的机器人Hadrian X。

据悉,该公司将这些机器人称为“3D自动机器人砌砖技术(3D automated robotic bricklaying technology)”。这似乎并不是我们所习惯于看到的3D打印技术,因为在这里砖已经被制造好了——不需要挤出或者烧结。但是有一点,它仍然需要在计算机辅助设计的帮助下完成3D对象(在这里主要是建筑物)的构建。整个过程是自动化的。砖块通过传送带沿着长长的机械臂或伸缩臂传送,然后会有一个爪状的设备将它们抓起并在激光导引系统的帮助下整齐地排列,整个过程完全不需要人类参与。

这种系统有着大量的有点——可以缩短时间、减少成本、并减少浪费,而且更加安全。其可调臂可容纳任何尺寸的砖块,而且它也非常精确。与当前的Hadrian 105机器人相比,预计Hadrian X的性能还将大幅改进,其砌砖速度将会达到每小时1000块砖,所有必要的材料将由与这个机器人连在一起的一辆卡车送到建筑工地上。

3.俄罗斯将造太空3D生物打印机

2016年8月1日,俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)旗下的国有企业联合火箭航天公司(URSC)宣称,该公司已经与该国的3D Bioprinting Solutions公司签署了一份协议,合作开发一款可以在零重力环境下运行的磁性3D生物打印机,根据计划,这款3D生物打印机将会在2018年被送到国际空间站中使用。

据了解,这个项目中的科研部分将由3D Bioprinting Solutions公司的科学总监Vladimir Mironov领导。据悉3D Bioprinting Solutions是Skolkovo创新中心的入住企业。实际上,这家公司我们之前也曾经报道过,该公司在去年号称首次3D打印出甲状腺,并将其移植到老鼠身上。

与此同时,3D Bioprinting Solutions的Youssef Hesuani认为,这个项目也可能影响到地球上的医疗技术。这是一个在组织工程和再生医学领域寻求新方法和技术的独特机会,他说。更重要的是,3D Bioprinting Solutions相信他们的技术可以加快人造人体组织和器官的发展。

4.雷神公司正尝试用3D打印造导弹

在美国亚利桑那州Tucson,雷神(Raytheon)公司设计部门的工程师们正在对3D打印的导弹部件进行测试。这家美国国防承包商认为,尽管如今增材制造还只能取代某些部件的制造,但有一天他们相信会让它可以3D打印整个导弹。

据了解,自从最近购买了一套商业3D打印机之后,雷神公司几乎没有机会关上机器,该公司的设计工程师团队一直在尝试用各种新的方式来制造导弹部件。雷神导弹系统公司总裁Taylor Lawrence认为,3D打印机将很快被用在前线为导弹提供零部件,这将改变战术,消除供应链问题,极大地加快备件更换过程。

然而,在此期间,工程师必须确定哪些导弹部件可以比较安全有效地使用3D打印来替代。目前已经确认的只有少数零部件,但雷声公司正试图完全跳出来,在更高的角度来考虑整个制造过程的时间和成本的削减。该公司甚至正在研究其导弹制导系统、印刷电路,以及雷达微波组件应用3D打印技术的可能性。

在今年早些时候,雷神公司就宣布,它将使用3D打印技术来提升其武器系统,为此它加入了一个更广泛的武器制造商集团寻求将增材制造的力量用于军事。比如BAE Systems公司最近就提出了“Chemputer”——一种可以3D打印军用无人机的化学增材制造系统的设想;而韩国空军去年宣布,它将把3D打印部件纳入其战斗机引擎。

5.Techshot将3D打印真正的活体心脏

近日,来自美国印第安纳州的一家名为Techshot的公司正在努力将3D打印活体心脏变为现实。据了解,这家公司主要致力于为美国宇航局(NASA)、国防部和其他组织开发尖端仪器。它是John Vellinger在28年前帮助成立的,如今Vellinger是该公司的副总裁兼首席运营官。

迄今为止,尽管3D打印技术已经经历了很长的路,我们能够看到各种各样的3D打印零件、产品、玩具、植入物假体等,但是要打印出器官依然很难。为此,Techshot别出心裁,正在与另外两家公司合作,希望能够在太空零重力状态下创建一颗人类的心脏。

最近,该研究团队把他们的设备带到了奥兰多和并成功地在零重力模拟器中对它进行了测试。他们认为,重力是地面上的一个阻碍,在太空里由于没有重力,就为制造一个更加完美的结构创造了机会。他们预测到2024年,将从太空带回一个可移植的器官。

6.俄罗斯正开发带3D打印发动机的无人机

近日,据俄罗斯《消息报(Izvestia)》称,俄罗斯航空材料研究所(All-Russian Institute of Aviation Materials,VIAM)正在和俄罗斯高等研究基金会(Foundation for Advanced Research,FPI)一起开始建造一个由VIAM的小型3D打印引擎驱动的无人机。

VIAM从2015年开始进入3D打印领域,并为由航空发动机制造商Aviadvigatel开发的下一代PD-14涡轮风扇喷气发动机制造燃烧室旋流器。VIAM的小型燃气涡轮发动机发布于今年6月下旬,VIAM说那时发动机已经用3D打印部件组装好了。增材制造工艺的制造速度比传统工艺快30倍。据VIAM说,发动机原型重900克,并提供了一个75公斤的推力。在质量没有显著增加的前提下,发动机的推力有可能被增加到150公斤。

据FPI的副会长Alexander Panfilov说,VIAM和FPI将继续进行3D打印实验并推动俄罗斯增材制造业的发展。

7.日本正开发3D打印血管与神经技术

近期,日本佐贺大学正在探讨将iPS细胞(人体诱导多功能干细胞)培育出的细胞群打印成管状结构,制成血管。京都大学利用3D打印技术制成包裹着神经的筒状组织,并将其移植到实验鼠身上,实现了神经的再生。日本政府预计到2020年前后,iPS细胞将可用于治疗心脏病等疾病,正在加紧掌握与人体组织形状相近的人造立体组织移植技术。

佐贺大学教授森田茂树的研究团队将人类iPS细胞培养出可发育成血管的细胞群,并在多排细针组成阵列的微型基座上层层串起细胞,最后打印出长2厘米,直径5毫米的管状结构。将管状结构细胞从细针上取下,内部使用培养液贯穿。数天后分化成不同种类的细胞会在内壁形成细胞层,最终形成血管。今后将在猪身上进行血管移植实验。

而京都大学副教授池口良辅的研究团队使用可分化成皮肤等组织的细胞,制成长8毫米,直径3毫米的管状结构。将其移植到被切除部分神经的实验鼠的创口处,8周后管内产生了神经连接,老鼠恢复行走能力。可见,筒状构造可培育长成神经的细胞,促进神经再生。计划3年后将该技术投入临床研究阶段。

结语:随着这些新型3D打印前沿技术的发展逐渐成熟,未来我们将走进一个崭新的世界。

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