国外著名院校都在做着什么研究?他们想要什么?

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-03-23

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日前,媒体记者采访了数拉来自全球一流大学诸如加州大学伯克利分校、克兰菲尔德大学、伯明翰大学和哥伦比亚大学等大学的教授,请他们向我们介绍一些新的增材制造研究发展以及他们希望在2019年看到的进步,让我们深入了解了2019年对增材制造业的看法。

在增材制造/3D打印的研究中的工作进展?

RMIT大学工程学院Kate Fox教授:

RMIT大学的增材制造中心,我们在增材制造方面进行了大量的研究工作,涉及一系列行业和合作伙伴,旨在设计和制造更好的3D产品。

我们在医学植入物方面拥有强大的研究主题,我们发现我们的基于晶格的医疗植入技术可以设计成在应力和应变特性方面更好地类似于硬组织。我们也在研究开发新的植入材料,包括新钛合金,甚至是用于生物界面的新材料,如金刚石。我们继续沿着即时植入技术的道路前进,我们的目标是在很短的时间内制造和打印植入物。在医疗应用之外,我们还在研究Inconel晶格的特性以及复层和修复技术。

Kate Fox博士的研究中,一个用于金刚石涂层的空心3D打印钛立方体。

加州大学伯克利分校机械工程系Hayden Taylor教授:

我们与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的合作伙伴一起展示了一种新的3D打印流程,其灵感来自计算机断层扫描(CT)原理。CT广泛用于3D成像,但在制造过程中还没有得到广泛应用。

通过我们的新工艺,计算轴向光刻(CAL),我们已经证明,通过将材料暴露于来自不同角度(通常> 1000个投影)的光投影中,可以在光聚合物中快速创建3D对象。优点包括能够打印比基于层的工艺更广泛的材料(从非常高粘度的树脂到软水凝胶);能够在没有固体支撑的情况下打印悬垂结构(液体是支撑物;我们已经证明没有支撑跨度可达25毫米);以及在预先存在的固体物体周围打印的能力。这项研究的论文刊登在《Science》上。

加州大学伯克利分校用新3D打印方法打印出来的“思想家”塑像。

美国国立大学医学和牙科功能材料系Paul Dalton博士:

我致力于高分辨率3D打印具有微尺度特征的物体,使用一种称为“熔融电解(来自静电写入)”的技术。它使用电流体动力学现象,通过给流体充电以防止喷射破裂,允许以低流速建立流体柱。当使用熔体时,这些流体喷嘴冷却并固化成微观结构,这是微挤出技术无法实现的。例如,FDM的最小打印分辨率约为50μm,而熔融电解能力可以从0.8μm100μm不等,并且在使用单个喷嘴进行打印时会改变此尺寸。它是一种新型的增材制造技术,具有令人振奋的未来,特别适合于生物医学工程和过滤应用的多孔对象。

波士顿大学机械工程系Will Boley教授:

最近,我参与了各种非常令人兴奋的项目,为软机器人、电子和光学设备打印新材料和设备。这些项目包括用作强软驱动器的液晶弹性体、软导体的混合3D打印,用于软电子的刚性集成电路元件,以及用于光学应用结构的高运行温度直接墨水写入(HOT-DIW)。

克兰菲尔德大学Filomeno Martina博士:

2018年,我们在各种金属合金中生产了几种大型初级结构。最重要的成果包括一个2x 1.5x 0.5米的航空航天框架,采用Ti64制造,采用创新的局部屏蔽装置,带有集成的专有监控传感器,如在原位沉积和实际沉积期间能够监控其形状的激光干涉仪。

此外,还建造了一个用于下一代航天器的原型压力容器,高度为1米,质量为40千克,并成功进行了测试。所有这些部件都是使用我们自己开发的新CAM软件编程和构建的。重点是刀具轨迹的自动生成,以及所有工艺参数的自动计算,这些参数都是围绕刀具轨迹本身变化的,达到100%的密度,无缺陷,并根据CAD文件正确的几何形状。

这在大规模增材制造领域是闻所未闻的,它是快速工业化提升所需的关键因素。否则,AM运营商需要数年才能学会如何成功制造这些大型零件。今年,我们将通过我们新推出的WAAM3D将这款新软件和高级硬件商业化,将15年的专业知识传授给所有希望打造优质金属零件的人。

密歇根理工大学Joshua M. Pearce教授:

去年,密歇根技术开放可持续发展技术研究小组继续使用开源3D打印机制造高端科学设备,如低成本微操纵器和半导体槽模沉积系统。后者可以用25美分的3D打印部件取代4000美元的设备。我们还完成了一项关于3D打印部件化学兼容性的主要研究,因此它们可用于在洁净室中的极端环境中进行更高级的化学反应。

另一方面,我们已经做了很多工作,使用再生材料更容易进行3D打印。我们开发了一款3D打印的设备,称为RepRapable recyclebot,它可以将废塑料变成有价值的高质量3D打印长丝。这具有很大的经济意义,就像我们将3D打印电子废物放入昂贵的相机设备中。

为了供给这个系统并允许复合材料(如废木塑料复合材料),我们还制作了一个开源的3D打印造粒机。可以使用熔融颗粒制造的3D打印机直接从回收的颗粒,再研磨中进行打印。这种系统将3D打印材料的成本降低到每公斤仅几美分,这对发展中国家和人道主义危机应对以及打印大型物体尤为重要。

伯明翰大学冶金与材料加工学院Moataz Attallah教授:

功能结构和材料的增材制造开始显示其潜力。使用4D打印生成结构,从形状和材料两方面利用其功能。4D打印涉及使用3D打印来生成在受外部刺激影响时随时间变化的结构。因此,打印材料需要是功能性(智能)材料。

2016年,我们发表了关于形状记忆合金(TiNi合金)的AM的报告。由于发生相变,TiNi合金在暴露于温度时会改变形状,这在以前是用于致动器和自扩张/充气结构的材料。使用3D打印,我们可以创建更复杂的结构。继这项工作之后,我们获得了EPSRC的资助,致力于TiNi基支架合金的3D打印;这些结构会在动脉中膨胀,以清除狭窄。

我们还一直致力于磁性材料的3D打印,用于量子计量应用的磁屏蔽。

我们还发布了一些关于药物分配医疗植入物3D打印的报告。

纽约哥伦比亚大学机械工程与数据科学Hod Lipson教授

我们将研究重点集中在两个相对商业化的领域,一个领域是食品打印——特别是多种成分,结合使用激光烹饪。虽然食品打印仍处于初期阶段,但我相信它是AM的理想选择:复杂、按需消费和家庭。事实上,大多数人不在家制造任何东西,但每个人都在制作食物。当您将健康应用与生物识别和个人医学相结合时,这尤其令人兴奋。

我们关注的第二个领域是使用嵌入式电子设备进行打印。制造复杂的集成功能系统而不是无源部件是一项具有挑战性且超越行业视野的挑战。但一旦解决了这个问题,我们就可以开辟许多新的应用。

此外,AIAM的结合是天作之合,许多CAD公司正在探索这个问题,这块蛋糕很大。

由蓝色激光烘烤的面团。

华盛顿州立大学机械与材料工程学院Amit Bandyopadhyay教授:

在过去的三十年中,AM3D打印技术的开发专注于在一个制造操作中生产简单和复杂的形状。在某些情况下使用拓扑优化可以将多个部件合并为一个部分。但是,在大多数情况下,这些部件可以通过传统的制造工艺制造(可能使用多个步骤),AM主要在小批量生产或设计优化上节省时间。

2019年和下一个十年将看到AM应用于无法完成的领域,在这些领域,零件实际上是为AM设计的,并且是在一次操作中制造的。这将在多材料AM的帮助下发生,其中零件内的成分将根据所需的特性/性能而变化。在我们的工作中,我们正在研究如何使用AM操作将多种金属/合金或金属与陶瓷合并在一起。如果成功,这种方法将消除目前实践的不同金属部件的各种连接操作。我坚信这就是AM在未来十年的发展方式。

希望在2019年看到增材制造/ 3D打印的哪些进展?

RMIT大学工程学院Kate Fox教授:

2019年,我希望在增材制造中看到更多的创造力和专利,特别是在医疗设备和植入物方面。随着新材料和设计不断涌入学术文献,我希望看到更多的活体评估技术和学术界以外的研究。这些3D打印植入物如何在人体内长期存在仍然是未知数。

加州大学伯克利分校机械工程系Hayden Taylor教授:

我认为,更先进的软件以复杂的方式规划和控制光聚合物3D打印过程的时机已经成熟。虽然我希望人们对聚合物的增材制造技术越来越感兴趣,但更成熟的基于层的光聚合物3D打印工艺肯定会继续受到很多关注。最近在加工技术(例如双波长引发/抑制交联反应)方面取得了一些令人兴奋的进展,这可能会推动软件开发。流程规划算法的一些机会可能包括在组件边缘进行时间上不断变化的灰度照明以减少“阶梯”效应,以及接近校正算法,以便创建具有高度异构特征尺寸和空间密度的对象(类似于用于半导体光刻的软件)。我认为这个领域有独立软件开发人员和开源贡献的空间。我还期望在工艺技术方面看到很多创新,以在基于层的光聚合物打印中实现多材料图案化。

美国国立大学医学和牙科功能材料系Paul Dalton博士:

我很高兴看到增材制造技术更加多样化,而不是对那些已经建立数十年的技术进行逐步改进。从学术角度来看,新的增材制造技术对于在各种应用中开辟新的利基至关重要。一个例子便是CLIP / DLS的出现,它几年前从一所大学里出现,帮助初创公司迅速发展起来——Carbon3D已经开发出适用于工业应用的CLIP / DLS

波士顿大学机械工程系Will Boley教授:

今年,我希望看到更具复杂性和自主性的刺激响应材料(即4D打印)的进步。我还希望通过实践经验将功能性3D打印带到教室。

克兰菲尔德大学Filomeno Martina博士:

2019年,我们将在几个方面努力:教育,20199月推出全新的金属增材制造理学硕士(在Erasmus +的支持下);我们的技术商业化,使我们的廉价大规模工艺可用于工业。我们将继续开发新方法,以实现优于伪造的属性;开发下一代定向能量沉积工艺,以达到10公斤/小时的净几何形状;我们还在研究基于物理的资格框架,该框架将避免昂贵的配置控制方法。使用我们的新方法,应该可以更快,更便宜地获得资格认证,同时获得工业化的好处。

密歇根理工大学Joshua M. Pearce教授:

2019年,我希望看到免费和开源的3D打印设计数量持续呈指数增长。随着这些设计的激增和复杂性的增加,它将继续推动所有公司的销售,特别是那些为实际分布式制造提供桌面系统的公司。

我也认为我们将开始看到许多新的市场开放。例如,3D打印机将在理疗和职业治疗办公室以及养老院将更加普遍,针对关节炎患者的定制适应性辅助设备。看起来这也是颗粒打印机的突破年,它可以直接从碎片废料和颗粒上进行3D打印,成本比细丝低4-20倍。我希望在学术文献和各种3D打印机的商业文献中看到许多不同的新材料。

伯明翰大学冶金与材料加工学院Moataz Attallah教授:

我希望看到3D打印系统的成本大幅下降,使许多发展中国家能够使用这项技术。我曾在几个国家参加过3D打印论坛,好些国家觉得投资昂贵的3D打印不太现实,比如巴西、埃及。我希望机器开发人员考虑如何使技术更实惠。

我还希望更好地处理金属3D打印的浪费问题——金属粉末难以回收,甚至难以分离。我希望看到制造商、粉末生产商与学者和科学家一起努力,开发零废粉的增材制造方法。这些机器的浪费极难处理,包括在水或油基过滤器中形成的污泥,以及不能再循环的粉末。

纽约哥伦比亚大学机械工程与数据科学Hod Lipson教授:

更便宜的金属3D打印。

华盛顿州立大学机械与材料工程学院Amit Bandyopadhyay教授:

我希望看到CAD用于多材料AM的进步。我还希望看到AM技术中嵌入更多的机器学习方法。