• 【第1期】2019年最新的3D打印研究深入分析

    來自全球一流大學的3D打印專家讓我們深入了解了2019年對增材制造業的看法。

    3D打印行業要求加州大學伯克利分校,克蘭菲爾德大學,伯明翰大學和哥倫比亞大學等大學的教授向我們介紹一些新的增材制造研究發展以及他們希望在2019年看到的進步。

    如果您想了解3D打印行業領導者預測2019年的情況,請閱讀我們的詳細文章。

    ? ?Michael Petch,3D打印行業:請您告訴我們的讀者您有關增材制造/ 3D打印的研究中最近的一些工作和發展嗎?

    1-RMIT大學工程學院Kate Fox教授

    在RMIT大學的增材制造中心,我們在增材制造方面進行了大量的研究工作,涉及一系列行業和合作伙伴。我們為更好的3D產品設計和制造優化工作的一個例子。

    我們在醫學植入物方面擁有強大的研究主題,我們發現我們的基于晶格的醫療植入技術可以設計成在應力和應變特性方面更好地類似于硬組織。

    我們還在研究新型可印刷種植體材料的開發,這些材料采用新型鈦合金,甚至是新型材料,如鉆石等生物界面。

    我們繼續沿著即時植入技術的道路前進,我們的目標是在很短的時間內制造和打印植入物。在醫療應用之外,我們正在研究Inconel晶格的特性以及包層和修復技術。

    在??怂共┦康难芯恐?,一個用于鉆石涂層的空心3D打印鈦立方體作為示范。

    2-Hayden Taylor教授,加州大學伯克利分校機械工程系

    我們與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的合作伙伴一起展示了一種新的3D打印流程,其靈感來自計算機斷層掃描(CT)原理。CT廣泛用于3D成像,但在制造之前尚未應用。

    通過我們的新工藝,計算軸向光刻(CAL),我們已經證明,通過將材料暴露于來自不同角度(通常> 1000個投影)的時間序列的一組光投影,可以在光聚合物中快速創建3D對象。

    從所需組件的3D模型計算。優點包括能夠印刷比基于層的工藝(從非常高粘度的樹脂到軟水凝膠)更廣泛的材料,能夠在沒有固體支撐的情況下印刷懸垂結構(液體是支撐;我們已經證明沒有支撐跨度可達25毫米);?以及在預先存在的固體物體周圍打印的能力。這項工作在科學報道。

    在Replicator上制作的3D打?。ㄋ枷爰遥┑奶貙戠R頭。

    3-Wuerzburg大學Paul Dalton博士,醫學和牙科功能材料系

    我致力于高分辨率3D打印具有微尺度特征的物體,使用一種稱為熔融電解(來自靜電寫入)的技術。

    它使用電流體動力學現象,通過給流體充電以防止噴射破裂,允許以低流速建立流體柱。當使用熔體時,這些流體噴嘴冷卻并固化成微觀結構,這是微擠出技術無法實現的。

    例如,FDM的最小打印分辨率約為50μm,而熔融電解能力可以從0.8μm到100μm,并且在使用單個噴嘴進行打印時會改變此尺寸。

    它是一種新型的增材制造,具有令人振奮的未來,特別適合作為生物醫學工程和過濾應用的多孔物體。

    4-波士頓大學機械工程系Will Boley教授

    最近,我參與了各種非常令人興奮的項目,為軟機器人,電子和光學設備打印新材料和設備。

    這些項目包括用作強軟驅動器的液晶彈性體,軟導體的混合3D打印,用于軟電子的剛性集成電路元件,以及用于光學應用的低共工結構的高工作溫度直接墨水寫入(HOT-DIW)。

    5-Aric Rindfleisch教授,John M. Jones市場營銷學教授,伊利諾伊大學Illinois MakerLab執行董事

    我們正在研究人們對3D打印物體的反應。我們發現,與剛剛接收物體而未看到物體的人相比,看到物體(例如開瓶器)被打印的人顯示出更高的滿意度和更高的支付意愿。

    這是一種非常一致和強大的效果。我們的研究表明,這種效果是由于對3D打印過程的更高程度的正念。因此,我們稱之為“正念”。

    6-Filomeno Martina博士,加拿大制造高級講師,克蘭菲爾德大學WAAMMat項目經理

    在2018年,我們已經生產了幾種各種金屬合金的大型主要結構。

    最重要的成果包括一個2米x 1.5米x 0.5米的航空航天框架,采用Ti64制造,采用創新的局部屏蔽裝置,帶有集成的專有監控傳感器,如能夠監控其形狀的激光干涉儀。原位沉積和實際沉積期間。

    此外,還建造了一個用于下一代航天器的原型壓力容器,高度為1米,質量為40千克,并成功進行了測試。

    所有這些部件都是使用我們自己開發的新CAM軟件編程和構建的。主要的一點是刀具路徑生成的自動化,以及所有工藝參數的自動計算,這些參數也在刀具路徑本身周圍變化,以實現100%的密度,無缺陷,以及CAD的正確幾何形狀文件。

    這在大規模AM領域是聞所未聞的,它是快速工業化提升所需的關鍵因素。否則,AM運營商需要數年才能學會如何成功制造這些大型零件。

    今年,我們將通過我們新推出的WAAM3D將這款新軟件和高級硬件商業化,將15年的專業知識傳授給所有希望打造優質金屬零件的人。

    7-約書亞M.皮爾斯教授,材料科學與工程的理查德·維特教授,電氣和計算機工程,導演系教授:密歇根理工打開可持續性技術實驗室密歇根理工大學,

    去年,密歇根技術開放可持續發展技術研究小組繼續使用開源3D打印機制造高端科學設備,如低成本微操縱器和半導體槽模沉積系統。后者可以用25美分的3D打印部件取代4000美元的設備。

    我們還完成了一項關于3D打印部件化學兼容性的主要研究,因此它們可用于在潔凈室中的極端環境中進行更高級的化學反應。

    另一方面,我們已經做了很多工作,使用再生材料更容易進行3D打印。我們開發了一種主要是3D打印的設備,稱為RepRapable recyclebot,它可以將廢塑料變成有價值的高質量3D打印長絲。這具有很大的經濟意義 - 例如我們將3-D印刷?電子廢物放入昂貴的相機設備中。

    為了供給這個系統并允許復合材料(如廢木塑料復合材料),我們還制作了一個開源的3D打印造粒機。

    AM制造公司re:3D與我們合作,表明您可以使用熔融顆粒制造的3D打印機直接從回收的顆粒,顆粒,顆粒和再研磨中進行打印。這種類型的系統將3D打印材料的成本降低到每公斤便士。

    這在發展中國家和人道主義危機應對中尤為重要?以及打印真正大的物體。我們仍在使用MIG焊機作為打印頭的低成本金屬3D打印機取得進展 - 證明您可以使用它制作有用的物品,從火焰周圍的實驗室設備到我認為可能是第一個完全3-D印花斧頭。

    開源3D打印機的海洋。

    8-Moataz Attallah教授,先進材料加工實驗室。(AMPLAB),伯明翰大學冶金與材料材料加工學院的IRC

    功能結構和材料的增材制造開始顯示其潛力;?使用4D打印生成結構,從形狀和材料兩方面利用其功能。4D打印涉及使用3D打印來生成在受外部刺激影響時隨時間變化的結構。因此,印刷材料需要是功能性(智能)材料。

    2016年,我們發表了關于拉脹(負泊松比)形狀記憶合金(TiNi合金)的AM的報告。由于發生相變,TiNi合金在暴露于溫度時會改變形狀。

    這在以前是用于致動器和自擴張/充氣結構的利用。使用3D打印,我們可以創建更復雜的結構。繼這項工作之后,我們獲得了EPSRC的資助,致力于TiNi基支架合金的3D打印;?這些結構會在動脈中膨脹,以清除狹窄。該項目是在合作與拉夫堡大學和曼徹斯特大都會大學。

    我們也一直努力在3D打印了磁屏蔽的量子計量應用的磁性材料。

    我們還發布了一些關于藥物分配醫療植入物3D打印的報告。

    9-紐約哥倫比亞大學機械工程與數據科學Hod Lipson教授

    我們將研究重點放在商業上相對未開發的兩個領域,長期的學術視野使我們能夠集中精力。一個領域是食品印刷 - 特別是多種成分,結合使用激光的內聯烹飪。

    雖然食品印刷仍處于初期階段,但我相信它是AM的理想選擇:復雜,按需,消費和家庭。

    事實上,大多數人不在家制造任何東西,但每個人都在制作食物。當您將健康應用與生物識別和個人醫學相結合時,這尤其令人興奮。我們關注的第二個領域是使用嵌入式電子設備進行打印。

    弄清楚如何制造復雜的集成功能系統而不是無源部件是一項具有挑戰性且超越行業視野的挑戰。但一旦解決了這個問題,我們就可以開啟許多新的機會。

    最后,AI和AM的結合是天堂的一場比賽。許多CAD公司正在探索這個問題,但這個問題很大。

    由藍色激光烘烤的面團。

    10-Amit Bandyopadhyay教授,Herman和Brita Lindholm教授,華盛頓州立大學機械與材料工程學院,NAI,WSAS,AAAS,AIMBE,ASM和ACerS研究

    在過去的三十年中,AM或3D打印技術的開發專注于在一個制造操作中生產簡單和復雜的形狀。在某些情況下使用拓撲優化可以將多個部件合并為一個重新設計的部件。

    但是,在大多數情況下,這些部件可以通過傳統的制造工藝制造(可能使用多個步驟),AM用于節省大部分時間用于小批量生產或設計優化。

    明年和下一個十年將看到AM應用于無法完成的領域,否則零件實際上是為AM設計的,并且是在單一操作中制造的。這將在多材料AM的幫助下發生,其中零件內的成分將根據所需的性能/性能而變化。

    在我們的工作中,我們正在研究如何使用AM操作將多種金屬/合金或金屬與陶瓷合并在一起。如果成功,這種方法將取消目前實踐的不同金屬部件的各種連接操作。我堅信這就是AM在未來十年內將如何有機增長。

    ?3D打印行業Michael Petch:您希望在2019年看到有關增材制造/ 3D打印的哪些進展?

    1-RMIT大學工程學院Kate Fox教授

    在2019年,我希望在增材制造中看到更多的創造力和翻譯,特別是在醫療設備和植入物方面。隨著新材料和設計不斷涌入學術文獻,我希望看到更多的體內評估技術和學術界以外的研究。這些添加劑植入物如何在人體內長期存在仍然是未知的。

    2-Hayden Taylor教授,加州大學伯克利分校機械工程系

    我認為,更先進的軟件以復雜的方式規劃和控制光聚合物3D打印過程的時機已經成熟。

    雖然我希望人們對聚合物的體積添加劑技術越來越感興趣,但更成熟的基于層的光聚合物3D打印工藝當然會繼續受到很多關注。

    最近在加工技術方面取得了一些令人興奮的進展(例如雙波長引發/抑制交聯反應)這可能會推動軟件開發。

    過程規劃算法的一些機會可能包括在組件邊緣暫時演變灰度照明以減少“階梯”效應,以及接近校正算法,以便創建具有高度異構特征尺寸和空間密度的對象(類似于用于半導體光刻的軟件)。

    我認為這個領域有獨立軟件開發人員和開源貢獻的空間。我還期望在工藝技術方面看到很多創新,以在基于層的光聚合物印刷中實現多材料圖案化。

    3-維爾茨堡大學Paul Dalton教授 JMU·醫學和牙科功能材料系

    我很高興看到增材制造技術更加多樣化,而不是對那些已經建立數十年的技術進行逐步改進。從學術角度來看,新的增材制造技術對于在各種應用中開辟新的利基至關重要。

    這方面的一個例子是CLIP / DLS的出現,它僅在幾年前從一所大學出現,并且作為初創公司迅速發展起來。Carbon3D已經開發出適用于工業應用的CLIP / DLS。

    我還有教育責任,確保我的增材制造課程的學生充分了解各種增材制造方案,并了解這些制造工藝的長期發展和演變。

    因此,5月份在底特律舉辦的TCT-Rapid會議展示了新興的AM技術,對于進一步推動行業內的創新非常重要。

    4-波士頓大學機械工程系Will Boley教授

    今年,我希望看到更具復雜性和自主性的刺激響應材料(即,4D打?。┑?D打印技術的進步。我還希望通過實踐經驗將功能性打印帶到教室。我正在努力實現這兩個目標,并很高興看到社區中的其他人如何做到這一點。

    5-Aric Rindfleisch教授,John M. Jones市場營銷學教授,伊利諾伊大學Illinois MakerLab執行董事

    如果能夠提高FDM桌面3D打印的速度,那就太好了。也許這可以通過開發更快冷卻的細絲來完成。

    這將大大增加3D打印的吸引力和競爭力。如果有更多以消費者為中心的應用程序(例如Adidas Futurecraft)可以向日常消費者展示3D打印的好處,這也會有所幫助。

    6-Filomeno Martina博士,加拿大制造高級講師,克蘭菲爾德大學WAAMMat項目經理

    在2019年,我們將在四個方面努力:

    教育,2019年9月推出全新的金屬添加劑制造理學碩士(在Erasmus +的支持下)

    我們的技術商業化,使我們的廉價大規模工藝可用于工業。我們的主要產品是用于大型AM的CAM軟件;?專業硬件;?批準的消耗品;?當然還有許多希望實施AM流程的行業合作伙伴提供培訓和支持

    研究中,我們將繼續開發新方法,以實現優于偽造的特性,使用過程中的冷加工;?并開發下一代定向能量沉積工藝,以達到10公斤/小時的凈形幾何形狀。

    我們還在研究基于物理的資格框架,該框架將避免昂貴的配置控制方法(其中鎖定原料,機器和參數),否則今天采用這種方法。

    使用我們的新方法,應該可以更快,更便宜地獲得資格認證,同時獲得工業化的好處。

    通過更大的部件進一步推動極限,示范器部件為商用飛機提供170千克的主肋。

    7-約書亞M.皮爾斯教授,材料科學與工程的理查德·維特教授,電氣和計算機工程,導演系教授:密歇根理工打開可持續性技術實驗室密歇根理工大學,

    在2019年,我希望看到自由和開源3-D可打印設計的數量持續呈指數增長。

    隨著這些設計的激增和復雜性的增加,它增加了每個人的3D打印機的價值,這將繼續推動所有公司的銷售,特別是那些為實際分布式制造提供桌面系統的公司。

    由3D打印社區領導的這種共享道德將繼續擴大到其他人口。??

    我也認為我們將開始看到許多新的市場開放 - 例如,3D物理和職業治療辦公室以及養老院將更加普遍地幫助打印針對關節炎患者的定制適應性輔助設備。

    看起來這也是顆粒打印機的突破年,它可以直接從碎片廢料和顆粒上進行3D打印,成本比細絲低4-20倍。我們仍然只是勉強抓住現代材料的聚寶盆表面,如復合材料,可以適應3D打印。

    我希望在學術文獻和各種3D打印機的商業文獻中都能看到許多不同的新材料。最后,我剛剛在Wikiversity上開源了我的開源3D打印課程。

    任何人都可以免費使用它,任何學者都可以借用一些(或全部)來在他們自己的學校教授3D打印。

    我希望這有助于明年在每所學??吹?D打印課程 - 但如果沒有 - 我們仍然有2020年。

    MTU的3D打印機。

    8-Moataz Attallah教授,先進材料加工實驗室。(AMPLAB),伯明翰大學冶金與材料材料加工學院的IRC

    我希望看到3D打印系統的成本顯著下降,使許多發展中國家能夠使用這項技術。我曾在幾個國家進行過關于3D打印的討論,但仍然發現投資昂貴的機器(例如巴西,埃及)太難了。我想機器開發人員考慮如何使技術更實惠。

    我還想看一個關于處理金屬3D打?。ê途酆衔镌谀撤N程度上)浪費的更嚴肅的討論。金屬粉末難以回收,甚至難以分離。

    我希望看到制造商,粉末生產,與學者和科學家并肩工作,開發零廢粉基添加劑制造方法。

    這些機器的浪費極難處理,包括在水或油基過濾器中形成的污泥,以及不能再循環的粉末。

    9-紐約哥倫比亞大學機械工程與數據科學Hod Lipson教授

    更便宜的金屬印刷。

    10-Amit Bandyopadhyay教授,Herman和Brita Lindholm教授,華盛頓州立大學機械與材料工程學院,NAI,WSAS,AAAS,AIMBE,ASM和ACerS研究員

    我希望看到CAD用于多材料AM的進步。我還希望看到AM技術中嵌入更多的機器學習方法。

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