日前，媒體記者采訪了數(shù)拉來自全球一流大學(xué)諸如加州大學(xué)伯克利分校、克蘭菲爾德大學(xué)、伯明翰大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)等大學(xué)的教授，請(qǐng)他們向我們介紹一些新的增材制造研究發(fā)展以及他們希望在2019年看到的進(jìn)步，讓我們深入了解了2019年對(duì)增材制造業(yè)的看法。

在增材制造/3D打印的研究中的工作進(jìn)展？

RMIT大學(xué)工程學(xué)院Kate Fox教授：

在RMIT大學(xué)的增材制造中心，我們?cè)谠霾闹圃旆矫孢M(jìn)行了大量的研究工作，涉及一系列行業(yè)和合作伙伴，旨在設(shè)計(jì)和制造更好的3D產(chǎn)品。

我們?cè)卺t(yī)學(xué)植入物方面擁有強(qiáng)大的研究主題，我們發(fā)現(xiàn)我們的基于晶格的醫(yī)療植入技術(shù)可以設(shè)計(jì)成在應(yīng)力和應(yīng)變特性方面更好地類似于硬組織。我們也在研究開發(fā)新的植入材料，包括新鈦合金，甚至是用于生物界面的新材料，如金剛石。我們繼續(xù)沿著即時(shí)植入技術(shù)的道路前進(jìn)，我們的目標(biāo)是在很短的時(shí)間內(nèi)制造和打印植入物。在醫(yī)療應(yīng)用之外，我們還在研究Inconel晶格的特性以及復(fù)層和修復(fù)技術(shù)。

在Kate Fox博士的研究中，一個(gè)用于金剛石涂層的空心3D打印鈦立方體。

加州大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程系Hayden Taylor教授：

我們與勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）原理。CT廣泛用于3D成像，但在制造過程中還沒有得到廣泛應(yīng)用。

通過我們的新工藝，計(jì)算軸向光刻（CAL），我們已經(jīng)證明，通過將材料暴露于來自不同角度（通常> 1000個(gè)投影）的光投影中，可以在光聚合物中快速創(chuàng)建3D對(duì)象。優(yōu)點(diǎn)包括能夠打印比基于層的工藝更廣泛的材料（從非常高粘度的樹脂到軟水凝膠）；能夠在沒有固體支撐的情況下打印懸垂結(jié)構(gòu)（液體是支撐物;我們已經(jīng)證明沒有支撐跨度可達(dá)25毫米）；以及在預(yù)先存在的固體物體周圍打印的能力。這項(xiàng)研究的論文刊登在《Science》上。

加州大學(xué)伯克利分校用新3D打印方法打印出來的“思想家”塑像。

美國國立大學(xué)醫(yī)學(xué)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體，使用一種稱為“熔融電解（來自靜電寫入）”的技術(shù)。它使用電流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)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(dāng)使用熔體時(shí)，這些流體噴嘴冷卻并固化成微觀結(jié)構(gòu)，這是微擠出技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)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不等，并且在使用單個(gè)噴嘴進(jìn)行打印時(shí)會(huì)改變此尺寸。它是一種新型的增材制造技術(shù)，具有令人振奮的未來，特別適合于生物醫(yī)學(xué)工程和過濾應(yīng)用的多孔對(duì)象。

波士頓大學(xué)機(jī)械工程系Will Boley教授：

最近，我參與了各種非常令人興奮的項(xiàng)目，為軟機(jī)器人、電子和光學(xué)設(shè)備打印新材料和設(shè)備。這些項(xiàng)目包括用作強(qiáng)軟驅(qū)動(dòng)器的液晶彈性體、軟導(dǎo)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(xué)應(yīng)用結(jié)構(gòu)的高運(yùn)行溫度直接墨水寫入（HOT-DIW）。

克蘭菲爾德大學(xué)Filomeno Martina博士：

在2018年，我們?cè)诟鞣N金屬合金中生產(chǎn)了幾種大型初級(jí)結(jié)構(gòu)。最重要的成果包括一個(gè)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(chuàng)新的局部屏蔽裝置，帶有集成的專有監(jiān)控傳感器，如在原位沉積和實(shí)際沉積期間能夠監(jiān)控其形狀的激光干涉儀。

此外，還建造了一個(gè)用于下一代航天器的原型壓力容器，高度為1米，質(zhì)量為40千克，并成功進(jìn)行了測(cè)試。所有這些部件都是使用我們自己開發(fā)的新CAM軟件編程和構(gòu)建的。重點(diǎn)是刀具軌跡的自動(dòng)生成，以及所有工藝參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算，這些參數(shù)都是圍繞刀具軌跡本身變化的，達(dá)到100%的密度，無缺陷，并根據(jù)CAD文件正確的幾何形狀。

這在大規(guī)模增材制造領(lǐng)域是聞所未聞的，它是快速工業(yè)化提升所需的關(guān)鍵因素。否則，AM運(yùn)營商需要數(shù)年才能學(xué)會(huì)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(jí)硬件商業(yè)化，將15年的專業(yè)知識(shí)傳授給所有希望打造優(yōu)質(zhì)金屬零件的人。

密歇根理工大學(xué)Joshua M. Pearce教授：

去年，密歇根技術(shù)開放可持續(xù)發(fā)展技術(shù)研究小組繼續(xù)使用開源3D打印機(jī)制造高端科學(xué)設(shè)備，如低成本微操縱器和半導(dǎo)體槽模沉積系統(tǒng)。后者可以用25美分的3D打印部件取代4000美元的設(shè)備。我們還完成了一項(xiàng)關(guān)于3D打印部件化學(xué)兼容性的主要研究，因此它們可用于在潔凈室中的極端環(huán)境中進(jìn)行更高級(jí)的化學(xué)反應(yīng)。

另一方面，我們已經(jīng)做了很多工作，使用再生材料更容易進(jìn)行3D打印。我們開發(fā)了一款3D打印的設(shè)備，稱為RepRapable recyclebot，它可以將廢塑料變成有價(jià)值的高質(zhì)量3D打印長絲。這具有很大的經(jīng)濟(jì)意義，就像我們將3D打印電子廢物放入昂貴的相機(jī)設(shè)備中。

為了供給這個(gè)系統(tǒng)并允許復(fù)合材料（如廢木塑料復(fù)合材料），我們還制作了一個(gè)開源的3D打印造粒機(jī)?？梢允褂萌廴陬w粒制造的3D打印機(jī)直接從回收的顆粒，再研磨中進(jìn)行打印。這種系統(tǒng)將3D打印材料的成本降低到每公斤僅幾美分，這對(duì)發(fā)展中國家和人道主義危機(jī)應(yīng)對(duì)以及打印大型物體尤為重要。

伯明翰大學(xué)冶金與材料加工學(xué)院Moataz Attallah教授：

功能結(jié)構(gòu)和材料的增材制造開始顯示其潛力。使用4D打印生成結(jié)構(gòu)，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(shí)隨時(shí)間變化的結(jié)構(gòu)。因此，打印材料需要是功能性（智能）材料。

2016年，我們發(fā)表了關(guān)于形狀記憶合金（TiNi合金）的AM的報(bào)告。由于發(fā)生相變，TiNi合金在暴露于溫度時(shí)會(huì)改變形狀，這在以前是用于致動(dòng)器和自擴(kuò)張/充氣結(jié)構(gòu)的材料。使用3D打印，我們可以創(chuàng)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。繼這項(xiàng)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(jié)構(gòu)會(huì)在動(dòng)脈中膨脹，以清除狹窄。

我們還一直致力于磁性材料的3D打印，用于量子計(jì)量應(yīng)用的磁屏蔽。

我們還發(fā)布了一些關(guān)于藥物分配醫(yī)療植入物3D打印的報(bào)告。

紐約哥倫比亞大學(xué)機(jī)械工程與數(shù)據(jù)科學(xué)Hod Lipson教授

我們將研究重點(diǎn)集中在兩個(gè)相對(duì)商業(yè)化的領(lǐng)域，一個(gè)領(lǐng)域是食品打印——特別是多種成分，結(jié)合使用激光烹飪。雖然食品打印仍處于初期階段，但我相信它是AM的理想選擇：復(fù)雜、按需消費(fèi)和家庭。事實(shí)上，大多數(shù)人不在家制造任何東西，但每個(gè)人都在制作食物。當(dāng)您將健康應(yīng)用與生物識(shí)別和個(gè)人醫(yī)學(xué)相結(jié)合時(shí)，這尤其令人興奮。

我們關(guān)注的第二個(gè)領(lǐng)域是使用嵌入式電子設(shè)備進(jìn)行打印。制造復(fù)雜的集成功能系統(tǒng)而不是無源部件是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性且超越行業(yè)視野的挑戰(zhàn)。但一旦解決了這個(gè)問題，我們就可以開辟許多新的應(yīng)用。

此外，AI和AM的結(jié)合是天作之合，許多CAD公司正在探索這個(gè)問題，這塊蛋糕很大。

由藍(lán)色激光烘烤的面團(tuán)。

華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院Amit Bandyopadhyay教授：

在過去的三十年中，AM或3D打印技術(shù)的開發(fā)專注于在一個(gè)制造操作中生產(chǎn)簡單和復(fù)雜的形狀。在某些情況下使用拓?fù)鋬?yōu)化可以將多個(gè)部件合并為一個(gè)部分。但是，在大多數(shù)情況下，這些部件可以通過傳統(tǒng)的制造工藝制造（可能使用多個(gè)步驟），AM主要在小批量生產(chǎn)或設(shè)計(jì)優(yōu)化上節(jié)省時(shí)間。

2019年和下一個(gè)十年將看到AM應(yīng)用于無法完成的領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域，零件實(shí)際上是為AM設(shè)計(jì)的，并且是在一次操作中制造的。這將在多材料AM的幫助下發(fā)生，其中零件內(nèi)的成分將根據(jù)所需的特性/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，這種方法將消除目前實(shí)踐的不同金屬部件的各種連接操作。我堅(jiān)信這就是AM在未來十年的發(fā)展方式。

希望在2019年看到增材制造/ 3D打印的哪些進(jìn)展？

RMIT大學(xué)工程學(xué)院Kate Fox教授：

在2019年，我希望在增材制造中看到更多的創(chuàng)造力和專利，特別是在醫(yī)療設(shè)備和植入物方面。隨著新材料和設(shè)計(jì)不斷涌入學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，我希望看到更多的活體評(píng)估技術(shù)和學(xué)術(shù)界以外的研究。這些3D打印植入物如何在人體內(nèi)長期存在仍然是未知數(shù)。

加州大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程系Hayden Taylor教授：

我認(rèn)為，更先進(jìn)的軟件以復(fù)雜的方式規(guī)劃和控制光聚合物3D打印過程的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。雖然我希望人們對(duì)聚合物的增材制造技術(shù)越來越感興趣，但更成熟的基于層的光聚合物3D打印工藝肯定會(huì)繼續(xù)受到很多關(guān)注。最近在加工技術(shù)（例如雙波長引發(fā)/抑制交聯(lián)反應(yīng)）方面取得了一些令人興奮的進(jìn)展，這可能會(huì)推動(dòng)軟件開發(fā)。流程規(guī)劃算法的一些機(jī)會(huì)可能包括在組件邊緣進(jìn)行時(shí)間上不斷變化的灰度照明以減少“階梯”效應(yīng)，以及接近校正算法，以便創(chuàng)建具有高度異構(gòu)特征尺寸和空間密度的對(duì)象（類似于用于半導(dǎo)體光刻的軟件）。我認(rèn)為這個(gè)領(lǐng)域有獨(dú)立軟件開發(fā)人員和開源貢獻(xiàn)的空間。我還期望在工藝技術(shù)方面看到很多創(chuàng)新，以在基于層的光聚合物打印中實(shí)現(xiàn)多材料圖案化。

美國國立大學(xué)醫(yī)學(xué)和牙科功能材料系Paul Dalton博士：

我很高興看到增材制造技術(shù)更加多樣化，而不是對(duì)那些已經(jīng)建立數(shù)十年的技術(shù)進(jìn)行逐步改進(jìn)。從學(xué)術(shù)角度來看，新的增材制造技術(shù)對(duì)于在各種應(yīng)用中開辟新的利基至關(guān)重要。一個(gè)例子便是CLIP / DLS的出現(xiàn)，它幾年前從一所大學(xué)里出現(xiàn)，幫助初創(chuàng)公司迅速發(fā)展起來——Carbon3D已經(jīng)開發(fā)出適用于工業(yè)應(yīng)用的CLIP / DLS。

波士頓大學(xué)機(jī)械工程系Will Boley教授：

今年，我希望看到更具復(fù)雜性和自主性的刺激響應(yīng)材料（即4D打?。┑倪M(jìn)步。我還希望通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)將功能性3D打印帶到教室。

克蘭菲爾德大學(xué)Filomeno Martina博士：

在2019年，我們將在幾個(gè)方面努力：教育，2019年9月推出全新的金屬增材制造理學(xué)碩士（在Erasmus +的支持下）；我們的技術(shù)商業(yè)化，使我們的廉價(jià)大規(guī)模工藝可用于工業(yè)。我們將繼續(xù)開發(fā)新方法，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于偽造的屬性；開發(fā)下一代定向能量沉積工藝，以達(dá)到10公斤/小時(shí)的凈幾何形狀；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。使用我們的新方法，應(yīng)該可以更快，更便宜地獲得資格認(rèn)證，同時(shí)獲得工業(yè)化的好處。

密歇根理工大學(xué)Joshua M. Pearce教授：

在2019年，我希望看到免費(fèi)和開源的3D打印設(shè)計(jì)數(shù)量持續(xù)呈指數(shù)增長。隨著這些設(shè)計(jì)的激增和復(fù)雜性的增加，它將繼續(xù)推動(dòng)所有公司的銷售，特別是那些為實(shí)際分布式制造提供桌面系統(tǒng)的公司。

我也認(rèn)為我們將開始看到許多新的市場(chǎng)開放。例如，3D打印機(jī)將在理療和職業(yè)治療辦公室以及養(yǎng)老院將更加普遍，針對(duì)關(guān)節(jié)炎患者的定制適應(yīng)性輔助設(shè)備?？雌饋磉@也是顆粒打印機(jī)的突破年，它可以直接從碎片廢料和顆粒上進(jìn)行3D打印，成本比細(xì)絲低4-20倍。我希望在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和各種3D打印機(jī)的商業(yè)文獻(xiàn)中看到許多不同的新材料。

伯明翰大學(xué)冶金與材料加工學(xué)院Moataz Attallah教授：

我希望看到3D打印系統(tǒng)的成本大幅下降，使許多發(fā)展中國家能夠使用這項(xiàng)技術(shù)。我曾在幾個(gè)國家參加過3D打印論壇，好些國家覺得投資昂貴的3D打印不太現(xiàn)實(shí)，比如巴西、埃及。我希望機(jī)器開發(fā)人員考慮如何使技術(shù)更實(shí)惠。

我還希望更好地處理金屬3D打印的浪費(fèi)問題——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(chǎn)商與學(xué)者和科學(xué)家一起努力，開發(fā)零廢粉的增材制造方法。這些機(jī)器的浪費(fèi)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(huán)的粉末。

紐約哥倫比亞大學(xué)機(jī)械工程與數(shù)據(jù)科學(xué)Hod Lipson教授：

更便宜的金屬3D打印。

華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院Amit Bandyopadhyay教授：

我希望看到CAD用于多材料AM的進(jìn)步。我還希望看到AM技術(shù)中嵌入更多的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。