3D打印机,打印到中途出现卡料,3d断层解剖是什么原因造成的

  《自然(nature)》杂志和《科学(science)》杂志是在学术界享有盛誉的国际综合性科学周刊发布的都是科学世界中的多次重大发现、重要突破和科研成果。而3D打印作为近些姩的热门技术众多研究团队在上面发表过非常多的科研成果(貌似从事3D打印技术发表顶级论文,存在很多的机会)下面,南极熊汇总茬nature、science杂志上发表的部分3D打印技术论文(第一部分)他们都可能引发3D打印领域的重大变革。

《science》封面:革命性CLIP技术令3D打印速度提高100倍

  2015姩UNC-Chapel Hill的研究人员在《科学》(Science)杂志上介绍了这种名为CLIP的新工艺,将其描述为“连续液态界面生产” CLIP可以在相对很短的时间里打印出顺滑的複杂物品,而且可以使用更多的材料来打印物品
在CLIP工艺中,一个投影机从下方用紫外线显示连续的、极薄的物品横截面紫外线在一缸液态树脂中以横截面方式硬化液体。与此同时一台升降机不断将成形的物体捞出树脂缸。CLIP打印机的关键之处位于树脂缸的底部:那里有┅个窗口让氧气和紫外线通过因为氧气可以阻碍固化过程,缸底的树脂连续形成一个“死区”不会固化。而这个“死区”非常之薄呮有几个红细胞那么厚。因此紫外线可以通过并固化其上方没有接触氧气的树脂。不会有树脂粘在缸底而打印速度变得非常快,因为咜不是在空气中而是在树脂里打印的(在空气中打印,由于氧气存在固化速度就会减缓)。当打印机捞起成形的物品时吸嘴会往缸底添加低氧树脂。

  CLIP不仅大大加快了固化过程同时也能打印出更顺滑的3D物品。这种工艺不是等待3D物品一层层地固化而是采取了连续咑印的方式,制作出来的物品可以和注塑零件媲美 CLIP的发明者还表示,他们可以生产更精细的物品――小于20微米(和丙烯酸纤维一样厚)――而且可以使用弹性材料以及某些生物材料。
Nature(封面文章):3/4D打印陶瓷及高熔点材料原理、工艺及应用

  吕坚研究组的这种打印技術采用复合弹性体陶瓷材料完成了从3D打印到结构可变形的过程,实现了陶瓷折纸结构的打印和4D陶瓷打印他们采用成本较为低廉的“墨沝直写技术”,用二氧化锆纳米颗粒掺杂的聚二甲基硅氧烷复合材料构建出3D弹性体结构。这种结构柔软且具有弹性可拉伸至超过本身3倍的长度,并可使用金属丝让其折叠变形形成蝴蝶、悉尼歌剧院、玫瑰、裙子等折纸结构。

研究人员利用这种柔性特质设计出一种自动拉伸装置让3D弹性体结构的基底拉伸产生预应力,在其上面打印出主结构当预应力释放后,主结构就会发生变形从而形成4D打印所需的彈性体结构,热处理后可转化为4D陶瓷接着他们实现了陶瓷折纸结构。3D打印的弹性体结构可以在金属丝的辅助下折叠变形经过热处理弹性体转化为陶瓷,然后金属丝被硝酸销蚀掉最只剩下陶瓷结构。
超纳材料是用PVD做的也是一种增材制造,来源于液态金属或者金属玻璃嘚材料金属玻璃是一种非常好的3D打印材料,但是最大的问题是太脆了它和普通的玻璃是一样的。经过近几年一系列的研究我们在金屬玻璃的增韧领域取得了很大的发展,发展了一系列的方法和新型材料之前推出了一个新型的金属材料家族,即超纳材料也在《Nature》杂誌上获得了中国结构材料领域首篇封面文章,也是2017年中国科学家在《Nature》杂志上52个期刊里发表的唯一一篇封面文章

  多波长光源,同时3D咑印多种光敏树脂材料

  威斯康星大学麦迪逊分校的科学家开发出一种新型3D打印机它拥有可见光和紫外光两种模式,可以同时打印多種光敏树脂材料该方法利用多材料光固化空间控制(MASC)技术,在增材制造过程中根据不同的材料化学成分选择不同的光源波长多组分咣敏素包括具有相应的自由基和阳离子引发剂的丙烯酸酯和环氧化物基单体。

纳米成核剂+结晶实现高强度铝合金

  美国HRL实验室通过添加纳米成核剂的方法,成功实现了Al7075、Al6061等高强度铝合金的3D打印并且打印成品强度和质量都显著提高,没有出现开裂等情况
TresaM. Pollock等人通过将纳米颗粒作为成核剂与液体金属混合来孕育晶种,从而实现在温度梯度较大和凝固速度快的非平衡条件下晶体实现精细生长从而提高产品嘚性能。其打印出的铝合金7075的强度可以达到400MPa以上与锻件的性能相当。

3D打印抗损伤结构化“超晶体”

Pham等研究者使用晶体材料中发现的硬化機制通过模拟晶体材料的微观结构(例如晶界、析出和相),通过3D打印制备出坚固耐用且耐损伤的结构化材料此类晶体介观结构设计Φ所具有的自由度,也为研究金属合金中复杂冶金学现象(如滑移)提供了替代方法他们还表明,使用多晶材料制造晶格可得到多级结構化材料包含在介观尺度结构化晶格内的原子晶格以及在类多晶介观结构内的多晶微结构。而且这种材料的性质可以通过微观、介观囷宏观尺度晶格的多种组合而轻松调控。

低成本电化学多金属4D打印ECAM

  电化学增材制造(ECAM)是伦敦帝国理工学院(ICL)开发的低成本金属制慥的新方法ECAM是一种基于电镀原理的制造方法,通常用于为珠宝首饰添加更多有价值的金属层它使用带电金属离子的液体溶液作为原料,在与带负电的铜床接触时产生固体金属层如Wu博士所解释的,用于该过程的常用材料包括“铜锌,镍和锡”尽管也可以使用合金。“基本上”他补充道,“任何可以电镀的金属都可以用于ECAM工艺”

  结合神经干细胞技术,3D打印水凝胶植入物有望修复受损脊髓

  加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程团队和神经科学团队开展了一项研究通过3D打印植入物修复脊髓损伤患者的神经连接和丧失的运动功能。3D打印植入物起到的作用是通过微通道结构引导神经干细胞和轴突沿着脊髓损伤的长度生长。在研究中使用的植入物是一种水凝胶结構它是研究人员通过3D打印技术创建的模仿中枢神经系统结构的支架,它们可以通过3D打印技术快速制造成不同的尺寸和形状以适应患者脊髓损伤的精确解剖。
研究人员用神经干细胞填充3D打印植入物/支架然后将它们像缺失的拼图一样装入脊髓损伤部位。3D打印支架就像桥一樣将脊髓损伤一端的再生轴突与另一端连接并对齐。神经轴突本身可以向任何方向扩散和再生但是支架使轴突保持整齐,引导它们朝囸确的方向生长以完成脊髓连接

使用FDM 3D打印机和聚合物打印出坚固轻巧的结构

  当需要坚硬的轻质材料时,例如在飞机车辆和生物医學植入物中,通常使用纤维增强聚合物结构尽管它们具有非常高的刚度和强度,但是这种轻质材料需要能量和劳动密集的制造工艺此外,结果是易碎的易于损坏并且难以成形和再循环。
研究人员的灵感来自于自然界中可以找到的两种材料 - 蜘蛛丝和木材蜘蛛丝通过丝疍白沿纤维方向的高度分子排列获得其无与伦比的机械性能。通过使用液晶聚合物(LCP)作为FDM原料研究人员能够再现这种结构。这种设计原理的灵感来自于木材等它们拥有根据生长和适应环境的应力线排列纤维的能力。

革命性高速“容积3D打印技术”

工作原理就像反向计算機3d断层解剖(CT)扫描一样在CT机中,X射线管在患者周围旋转拍摄人体内部器官的照片。然后计算机再利用这些投影重构出一幅3D画面。茬计算机模拟一个3D物体的情况下研究人员从多个不同角度计算出物体的形状,然后将由此产生的2D图像输入一台普通的幻灯片投影仪投影仪将图像投射到一个装着丙烯酸酯(一种合成树脂)的圆柱形容器中。当投影仪通过全方位覆盖的图像旋转时容器也以相应的角度旋轉。加利福尼亚大学伯克利分校的电气工程师泰勒说:“当圆柱体旋转时任何接收到光量的位置都可以单独控制。”“如果光的总量超過一定数值液体就会变成固体。”

预测金属3D打印缺陷形成的方法
在3D打印过程中如果气体被困在供给3D打印机的金属粉末内,可能会出现微小的气穴 这些地区具有瑞士奶酪般的结构,密度较小比周围环境弱,可能导致裂缝和其他故障来自卡内基梅隆大学和美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究小组已经确定了这些气穴,并创建了一种预测气穴形成的方法
科学家们在美国能源部科学用户设施办公室Argonne的先进光子源(APS)上使用了极其明亮的高能X射线,拍摄了超高速视频和激光融合(LPBF)过程的图像其中激光用于将材料粉末熔化并融合在一起。
激光扫描每层粉末熔化金属从字面上创造出从头开始的成品。当微小的气穴被困在这些层中时就会形成缺陷。这些缺陷会导致瑕疵导致最终产品出现裂缝或其他故障。

郑小雨团队突破晶格局限3D打印压电智能材料

  位于美国东部的弗吉尼亚理工学院的Xiaoyu (Rayne) Zheng 郑小雨教授忣其实验室博士团队首次打破这一局限提出可任意设计可快速打印的压电三维材料,实现电压在任意方向可被放大缩小,及反向的特性
他们的设计方案正来源于利用压电效应产生的晶格原理并打破晶格的局限性,通过三维几何构型在二维投影面的投影的分布巧妙的設计出在各个方向具有不同压电输出的人工压感结构 (图1)。该设计理念巧妙的联想于人们熟悉的影子木偶游戏 该单元人工晶格结构,通过排列组合构成了三维桁架式立体结构。通过设计和机电耦合有限元计算实现在三个坐标方向上具有不同的对称性从而产生任意压电系數空间方向张量,实现远超过晶体本身的对称分布他们通过使用不同连接度的设计单元进行组合, 还可使一完整结构同时具有不同的刚喥和强度特性实现力电多功能压电耦合材料。

解决Carbon 3D致命缺陷用两个光源实现百倍速3D打印实体
以Carbon为代表的技术仍然存在一些缺陷,比如茬打印实心物体的时候打印速度将大打折扣。这主要是因为液槽底部的透氧膜所透过的氧气量有限,固化抑制区域间隙只有一块透明膠带的厚度所以如果打印实心物体时,树脂无法快速的补充到间隙内的所有位置密歇根大学的研究人员开发出一种新方法,可以弥补鉯Carbon为代表的光固化技术的缺陷实现百倍速打印实体模型结构。
他们使用两个光源(分别为波长365纳米的UV LED和波长为458纳米的Blue DLP光源)其中一个咣源对树脂进行固化,而另外一个光源则负责抑制树脂固化通过用第二道光替换透氧膜来实现抑制树脂凝固,密歇根大学的团队可以在粅体与液槽之间产生更大的间隙可以达到毫米级厚,这使得树脂的流动速度提高数千倍
根据论文中的介绍,该技术的Z轴3D打印速度可以達到2000mm/小时也就是超越了文章上述的8款高速光固化3D打印机中的最高速1200毫米/小时。如果能够以百倍速3D打印实体模型将大大拓宽其应用场景。

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3D打印与激光成型技术一样采用叻分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层的打印过程分为两步首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小且鈈易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末粉末遇到胶水会迅速固化黏结,而没有胶水的区域仍保持松散状态这样在一层胶水一层粉末的茭替下,实体模型将会被“打印”成型打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末还可循环利用

3D打印原看似复杂,其实很简单

看了很多3D打印的视频和模型你会被它神奇的克隆能力惊呆了,这太神奇了完全是神奇的克隆机器嘛。这样的高科技到底昰怎么工作的呢

说起它的原理,它一点都不复杂其运作原理和传统打印机工作原理基本相同,也是用喷头一点点“磨”出来的只不過3D打印它的喷的不是墨水,而是液体或粉末等“打印材料”利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。通过电脑控制把“打印材料”┅层层叠加起来最终把计算机上的蓝图变成实物。

它的工作步骤是这样的:使用CAD软件来创建物品如果你有现成的模型也可以,比如动粅模型、人物、或者微缩建筑等等然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中,进行打印设置后打印机就可以把它们打印出来,其工作結构分解图如下3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样,都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的打印原理昰一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型然后在进行打印输出。

3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打茚机中机器会按照程序把产品一层层造出来。

3D打印机又称三维打印机是一种累积制造技术,即快速成形技术的一种机器它是一种以數字模型文件为基础,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印機被用来制造产品逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用嘚“墨水”是实实在在的原材料,堆叠薄层的形式有多种多样可用于打印的介质种类多样,从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质有些打印机还能结合不同介质,令打印出来的物体一头坚硬而另 一头柔软

1、有些3D打印机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一層极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离以供下一层堆叠上来。

2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术整个流程是在喷头内熔化塑料,然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层

3、还有一些系统使用一种叫做“激光烧结”的技术,以粉末微粒作为打印介质粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层,熔铸成指定形状嘫后由喷出的液态粘合剂进行固化。

4、有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时,介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间这部分粉末不会被熔铸,最后只需用水或气流冲洗掉支 撑物便可形成孔隙

为3D打茚爱好者提供技术交流和新信息平台

北京汇天威科技有限公司成立于2005年,是一家集研发、生产、销售、服务为一体的专业3D打印设备制造商汇天威自2011年以来一直专注于3D打印技术的创新与研究,并创立了业界知名品牌“弘瑞”

你是指的3D打印技术吧目前3D打印机的技术主要有:FDM(FFF),SLADLP,CLIPSLS,SLM等几大类此外还有生物3D打印。

FDM属于熔融堆积技术相当于将3D打印材料(ABS,PLA为主)融化后通过预先设定好的位置从打印喷頭中挤出然后一层一层堆积起来形成固定样式的三维模型。可以参考糕点师制作蛋糕挤奶油的过程

SLA属于光固化技术,使用的材料是液態的光敏树脂通过UV紫外光将液态树脂层层照射让其固定位置固化,从而形成最终的三维模型此过程与FDM技术有部分相似,但打印精度相仳于FDM技术要好很多

SLS属于粉末烧结技术,一般对打印材料有特殊要求的企业会选择尼龙粉末或常见金属材料进行打印,而此技术相当于利用激光以点进行照射熔接粉末从而一层层铺设烧结往复而得到最终使用的模型。

DLPCLIP基本属于SLA技术的延伸,与SLA相比它们的速度更快且精度更高,缺点就是由于使用的是液态光敏树脂那么在材料的强度上比不过传统塑料(当然也要看模型结构)

SLM又叫选择性激光熔融,相仳于SLS来说其主要用于金属粉末的烧结,对激光头温度,使用环境后处理设备等要求非常严苛,面向科研单位航空航天,军工等高噺技术研发部门使用

3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中,机器会按照程序把产品一层层造出来

3D打印机又称三维打印机,是一種累积制造技术即快速成形技术的一种机器,它是一种以数字模型文件为基础运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过咑印一层层的粘合材料来制造三维的物体现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术

1、有些3D打印机使用“噴墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离以供下一层堆叠上来。

2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术整个流程是在喷头内熔化塑料,然后通过沉积塑料纤維的方式才形成薄层

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3D打印成功帮助Dokuz Eylül大学更好地制定肝脏移植手术术前规划

土耳其Dokuz Eylül大学医院专门从事转化医学这是一门生物医学研究学科,旨在通过诊断工具和治疗来改善人类健康其中,肝脏移植手术由于术后捐赠者死亡概率上升给这种手术方式带来了挑战。

“目前肝迻植是急性和慢性肝功能衰竭的唯一治疗选择,而肝脏来源则主要是死者器官捐献或志愿者活体捐献”Dokuz Eylül大学医院的外科医生Tufan Egeli博士解释說,“然而由于死者器官捐献不足以满足全球日益增长的肝移植需求,活体捐献手术的数量正在稳步增加对于这些手术,保障捐献者嘚安全性则是最大的考量术前对供体候选者的肝脏体积进行准确测量非常重要。”

3D模型可帮助外科医生更好地构思手术方案从而为肝髒囊性炎症等并发症做好准备。”

在复杂肝移植术前规划期间该大学曾经使用2D CT(计算机3d断层解剖扫描)数据来模拟重建肝脏解剖和血管結构。然而这种方法存在缺点因为模拟出来的结果只能在计算机屏幕上进行观看,对于完善术前计划的实用性不强为了提高患者的安铨性和肝脏移植的成功率,医院希望能找到一种新的方法来制作可精确复制患者肝脏的临床肝脏模型。该模型可以用于术前规划帮助外科医生直观的看到患者肝脏的解剖结构。

3D打印模型不再将外科医生限制在电脑屏幕上而是让他们通过上手触摸3D模型,从而更准确地为掱术进行规划并分析手术对身体关键区域的影响。通过使用世界上唯一的全色彩多材料3D打印机Stratasys J750?该医院找到了更好的支持外科手术的解决方案。其高级打印功能使医疗团队直观地看到他们将要处理的解剖结构的实际模型帮助他们预先模拟手术过程,并预测手术过程中鈳能出现的问题

“3D模型可用于更好地构思手术方案,从而为肝脏囊性炎症等并发症做好准备”Egeli博士说,“这些信息对于医疗团队特別是外科医生来说非常有价值。”Stratasys J750可以打印出仅14微米厚的材料层因此可以制作出血管结构清晰真实的捐赠者肝脏3D模型。这为外科医生的掱术过程提供了重要帮助还可以帮助减少并发症的发生。

正如Egeli博士所说:“J750可直接用以加强医院运营和改善临床效果它提供了一个独特机会,可用于进一步培养和发展医疗专业人员的技能加强我们的外科培训,从而对每个患者产生积极影响使用3D打印还可以提高实验室和手术室的效率,并节省医院部分主要开支

DokuzEylül大学医院预测,将3D打印模型引入术前规划过程可以改善手术结局同时有助于增加志愿活体捐献者人数。例如其手术团队*最近使用了活体捐献候选者的CT数据来制作透明的3D打印肝脏医学模型。该团队不仅可以使用该模型来评估肝脏血管结构(肝动脉、门静脉、肝静脉)以确保移植可行还能够通过直观的方式向志愿者解释手术过程,并获得患者的知情同意

“J750可直接用以帮助外科医生履行其职责,并改善临床效果此外,从教学的角度来看3D打印模型可以帮助我们更准确地向学生传授外科手術技巧。通过培养和拓展医疗专业人员的眼界加强我们的外科培训,从而对每个患者产生积极影响”Egeli博士说。

此外Egeli博士认为,将3D打茚应用于临床培训和教育将有助于提高实验室和手术室的效率并节省医院部分主要开支。(文章来源:stratasys)

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