【第1期】2019年最新的3D打印研究深入分析

来自全球一流大学的3D打印专家让我们深入了解了2019年对增材制造业的看法。

3D打印行业要求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。

如果您想了解3D打印行业领导者预测2019年的情况,请阅读我们的详细文章。

Michael Petch,3D打印行业:请您告诉我们的读者您有关增材制造/ 3D打印的研究中最近的一些工作和发展吗?

1-RMIT大学工程学院Kate Fox教授

在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。我们为更好的3D产品设计和制造优化工作的一个例子。

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。

我们还在研究新型可印刷种植体材料的开发,这些材料采用新型钛合金,甚至是新型材料,如钻石等生物界面。

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,我们正在研究Inconel晶格的特性以及包层和修复技术。

在福克斯博士的研究中,一个用于钻石涂层的空心3D打印钛立方体作为示范。

2-Hayden Taylor教授,加州大学伯克利分校机械工程系

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,但在制造之前尚未应用。

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)的时间序列的一组光投影,可以在光聚合物中快速创建3D对象。

从所需组件的3D模型计算。优点包括能够印刷比基于层的工艺(从非常高粘度的树脂到软水凝胶)更广泛的材料,能够在没有固体支撑的情况下印刷悬垂结构(液体是支撑;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。这项工作在科学报道。

在Replicator上制作的3D打印(思想家)的特写镜头。

3-Wuerzburg大学Paul Dalton博士,医学和牙科功能材料系

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0.8μm到100μm,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,具有令人振奋的未来,特别适合作为生物医学工程和过滤应用的多孔物体。

4-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,以及用于光学应用的低共工结构的高工作温度直接墨水写入(HOT-DIW)。

5-Aric Rindfleisch教授,John M. Jones市场营销学教授,伊利诺伊大学Illinois MakerLab执行董事

我们正在研究人们对3D打印物体的反应。我们发现,与刚刚接收物体而未看到物体的人相比,看到物体(例如开瓶器)被打印的人显示出更高的满意度和更高的支付意愿。

这是一种非常一致和强大的效果。我们的研究表明,这种效果是由于对3D打印过程的更高程度的正念。因此,我们称之为“正念”。

6-Filomeno Martina博士,加拿大制造高级讲师,克兰菲尔德大学WAAMMat项目经理

在2018年,我们已经生产了几种各种金属合金的大型主要结构。

最重要的成果包括一个2米x 1.5米x 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,如能够监控其形状的激光干涉仪。原位沉积和实际沉积期间。

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。主要的一点是刀具路径生成的自动化,以及所有工艺参数的自动计算,这些参数也在刀具路径本身周围变化,以实现100%的密度,无缺陷,以及CAD的正确几何形状文件。

这在大规模AM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。

7-约书亚M.皮尔斯教授,材料科学与工程的理查德·维特教授,电气和计算机工程,导演系教授:密歇根理工打开可持续性技术实验室密歇根理工大学,

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。我们开发了一种主要是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 - 例如我们将3-D印刷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。

AM制造公司re:3D与我们合作,表明您可以使用熔融颗粒制造的3D打印机直接从回收的颗粒,颗粒,颗粒和再研磨中进行打印。这种类型的系统将3D打印材料的成本降低到每公斤便士。

这在发展中国家和人道主义危机应对中尤为重要以及打印真正大的物体。我们仍在使用MIG焊机作为打印头的低成本金属3D打印机取得进展 - 证明您可以使用它制作有用的物品,从火焰周围的实验室设备到我认为可能是第一个完全3-D印花斧头。

开源3D打印机的海洋。

8-Moataz Attallah教授,先进材料加工实验室。(AMPLAB),伯明翰大学冶金与材料材料加工学院的IRC

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,印刷材料需要是功能性(智能)材料。

2016年,我们发表了关于拉胀(负泊松比)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/充气结构的利用。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。该项目是在合作与拉夫堡大学和曼彻斯特大都会大学。

我们也一直努力在3D打印了磁屏蔽的量子计量应用的磁性材料。

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。

9-纽约哥伦比亚大学机械工程与数据科学Hod Lipson教授

我们将研究重点放在商业上相对未开发的两个领域,长期的学术视野使我们能够集中精力。一个领域是食品印刷 - 特别是多种成分,结合使用激光的内联烹饪。

虽然食品印刷仍处于初期阶段,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。

弄清楚如何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,我们就可以开启许多新的机会。

最后,AI和AM的结合是天堂的一场比赛。许多CAD公司正在探索这个问题,但这个问题很大。

由蓝色激光烘烤的面团。

10-Amit Bandyopadhyay教授,Herman和Brita Lindholm教授,华盛顿州立大学机械与材料工程学院,NAI,WSAS,AAAS,AIMBE,ASM和ACerS研究

在过去的三十年中,AM或3D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重新设计的部件。

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用于节省大部分时间用于小批量生产或设计优化。

明年和下一个十年将看到AM应用于无法完成的领域,否则零件实际上是为AM设计的,并且是在单一操作中制造的。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性能/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,这种方法将取消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在未来十年内将如何有机增长。

3D打印行业Michael Petch:您希望在2019年看到有关增材制造/ 3D打印的哪些进展?

1-RMIT大学工程学院Kate Fox教授

在2019年,我希望在增材制造中看到更多的创造力和翻译,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,我希望看到更多的体内评估技术和学术界以外的研究。这些添加剂植入物如何在人体内长期存在仍然是未知的。

2-Hayden Taylor教授,加州大学伯克利分校机械工程系

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体积添加剂技术越来越感兴趣,但更成熟的基于层的光聚合物3D打印工艺当然会继续受到很多关注。

最近在加工技术方面取得了一些令人兴奋的进展(例如双波长引发/抑制交联反应)这可能会推动软件开发。

过程规划算法的一些机会可能包括在组件边缘暂时演变灰度照明以减少“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印刷中实现多材料图案化。

3-维尔茨堡大学Paul Dalton教授 JMU·医学和牙科功能材料系

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。

这方面的一个例子是CLIP / DLS的出现,它仅在几年前从一所大学出现,并且作为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。

我还有教育责任,确保我的增材制造课程的学生充分了解各种增材制造方案,并了解这些制造工艺的长期发展和演变。

因此,5月份在底特律举办的TCT-Rapid会议展示了新兴的AM技术,对于进一步推动行业内的创新非常重要。

4-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3D打印技术的进步。我还希望通过实践经验将功能性打印带到教室。我正在努力实现这两个目标,并很高兴看到社区中的其他人如何做到这一点。

5-Aric Rindfleisch教授,John M. Jones市场营销学教授,伊利诺伊大学Illinois MakerLab执行董事

如果能够提高FDM桌面3D打印的速度,那就太好了。也许这可以通过开发更快冷却的细丝来完成。

这将大大增加3D打印的吸引力和竞争力。如果有更多以消费者为中心的应用程序(例如Adidas Futurecraft)可以向日常消费者展示3D打印的好处,这也会有所帮助。

6-Filomeno Martina博士,加拿大制造高级讲师,克兰菲尔德大学WAAMMat项目经理

在2019年,我们将在四个方面努力:

教育,2019年9月推出全新的金属添加剂制造理学硕士(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。我们的主要产品是用于大型AM的CAM软件;专业硬件;批准的消耗品;当然还有许多希望实施AM流程的行业合作伙伴提供培训和支持

研究中,我们将继续开发新方法,以实现优于伪造的特性,使用过程中的冷加工;并开发下一代定向能量沉积工艺,以达到10公斤/小时的净形几何形状。

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(其中锁定原料,机器和参数),否则今天采用这种方法。

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。

通过更大的部件进一步推动极限,示范器部件为商用飞机提供170千克的主肋。

7-约书亚M.皮尔斯教授,材料科学与工程的理查德·维特教授,电气和计算机工程,导演系教授:密歇根理工打开可持续性技术实验室密歇根理工大学,

在2019年,我希望看到自由和开源3-D可打印设计的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,它增加了每个人的3D打印机的价值,这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。

由3D打印社区领导的这种共享道德将继续扩大到其他人口。

我也认为我们将开始看到许多新的市场开放 - 例如,3D物理和职业治疗办公室以及养老院将更加普遍地帮助打印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。我们仍然只是勉强抓住现代材料的聚宝盆表面,如复合材料,可以适应3D打印。

我希望在学术文献和各种3D打印机的商业文献中都能看到许多不同的新材料。最后,我刚刚在Wikiversity上开源了我的开源3D打印课程。

任何人都可以免费使用它,任何学者都可以借用一些(或全部)来在他们自己的学校教授3D打印。

我希望这有助于明年在每所学校看到3D打印课程 - 但如果没有 - 我们仍然有2020年。

MTU的3D打印机。

8-Moataz Attallah教授,先进材料加工实验室。(AMPLAB),伯明翰大学冶金与材料材料加工学院的IRC

我希望看到3D打印系统的成本显着下降,使许多发展中国家能够使用这项技术。我曾在几个国家进行过关于3D打印的讨论,但仍然发现投资昂贵的机器(例如巴西,埃及)太难了。我想机器开发人员考虑如何使技术更实惠。

我还想看一个关于处理金属3D打印(和聚合物在某种程度上)浪费的更严肃的讨论。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,与学者和科学家并肩工作,开发零废粉基添加剂制造方法。

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。

9-纽约哥伦比亚大学机械工程与数据科学Hod Lipson教授

更便宜的金属印刷。

10-Amit Bandyopadhyay教授,Herman和Brita Lindholm教授,华盛顿州立大学机械与材料工程学院,NAI,WSAS,AAAS,AIMBE,ASM和ACerS研究员

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。

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