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惊叹3D打印技术的五大应用

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      3D打印技术在短短几年中飞速发展,被应用到各行各业,有谁会想到,3D打印的应用不仅仅给社会创造巨大的价值,还给大家人类带来福音。有位名人说道:“3D打印重新定义了制造业。千百年来,制造业是一种减法:拿到原材料,车铣刨磨,去除多余的部分,最终成型;3D打印则让制造业变成了一种不断添加原材料的加法”。下面小编整理目前行业的最新的有关3D打印的应用。
 
      应用一:光敏性癫痫不再害怕  3D打印特殊的偏光镜片可以治疗
 
      基于数字化快速智造技术优势,3D打印技术对镜头生产方式产生重大影响。日前,新西兰坎特伯雷大学的洛根·威廉姆斯(Logan Williams)运用3D打印技术来制造特殊的偏光镜片,提高光敏性癫痫患者的生活质量。光敏性癫痫暴露在闪光灯下可能会导致癫痫发作。洛根·威廉姆斯(Logan Williams)洛根·威廉姆斯的一位好朋友患有光敏性癫痫,遇见闪光灯的情况下可能会导致癫痫发作,而且缺乏实用的日常治疗感到沮丧。受其启发,威廉姆斯研发了开创性3D打印镜片技术Polar Optics。“我受到患有光敏性癫痫症的好朋友的启发,开发了Polar Optics。唯一的治疗方法就是给予患者某种形式的保护,以免对健康构成威胁,这就是药物,但在一定程度上会限制饮食、生活方式和其他不利的潜在副作用。”Williams说道。“3D打印的偏光镜片通过折射进入佩戴者视野的光线,折射降低了光线的强度,分化光波,意味着对整个神经系统的影响要弱得多。”Williams说明说,“当佩戴者在遇到一些威胁性光源,如闪光灯或成排树木、建筑移动产生的闪烁光线,他们就不用担心这类光线会诱发光敏性癫痫了。
      ”“这种应用减轻了环境威胁,使患者能够在日常生活中不必担心发作。它有可能真正改变世界各地的人们的光敏性癫痫症,还可以帮助任何患头痛和偏头痛的人。”洛根·威廉姆斯表示,“目前Polar Optics正在与欧洲的制造商合作开发原型,希翼这个项目发展成为商业业务,同时保持价廉物美,让光敏性癫痫患者负担得起。”

      应用二:3D打印虚拟鸡尾酒杯可以制定酸甜苦辣
      在数字化创意智造时代,超乎想象的事情可以说越来越多,比如3D打印技术的不断升级应用,让大家的生活变得更有味道。日前,新加坡国立大学的研究员研发出一种虚拟的鸡尾酒杯“Vocktail”,能将水变成不同的口味饮料,而不需要糖或其他添加剂。名为“Vocktail”的3D打印虚拟鸡尾酒杯,使用气味药筒和银电极等各种组件来模拟某些口味,并且当他们吃饭时刺激使用者的舌头感觉到甜味,酸味或咸味。而为了增强视觉上的饮料,用于玻璃的3D印刷壳体还包括能够向玻璃发出不同颜色的范围的LED灯。
      “你可以走进一家酒吧,点一份mojito,然后使用移动应用程序,根据自己的喜好定制它,例如巧克力的香气和一丝香蕉或芒果,”该项目的研究人员Nimesha Ranasinghe说明说。 “或者你可以自定义水的味道就像你喜欢的风味饮料,并节省了钱。”Vocktail由几个不同的部分组成。主要结构,类似马提尼玻璃,被装入一个3D打印的基地,其中还包含一个电子控制模块和一套三个微型气泵,每个连接到一个可互换的气味墨盒。气泵通过从饮料表面出来的管释放香味分子,从而当他或她喝一口时,它们进入使用者的鼻子。在Vocktail的边缘有两个银电极连接到控制模块,当饮用者的舌头接触时会发送电脉冲以模拟不同的味觉反应。整个装置可以通过蓝牙配置的手机app控制,用户甚至可以保存某些饮料配置文件,并通过社交网络与他们的朋友分享。此外,Vocktail还可以帮助部分患者改善味觉。例如,糖尿病患者可以使用Vocktail将普通水变成甜美饮料,而不需要添加糖或其他人造香料。总部位于新加坡的研究小组仍然在开发其创新的3D打印Vocktail设备,并表示正在探索如何在饮料中添加诸如眩晕或质地等元素以获得“更现实的体验”。据报道,研究人员已经与企业就大规模生产未来派饮水设备的潜力。

      应用三:看3D打印技术的革新燃气轮机制造工艺
 
 
      燃气轮机是以连续流动的气体带动叶轮高速旋转的内燃式发动机。重型燃气轮机是大型天然气发电厂的核心装备,也是公认最难制造的机械装备之一,其核心关键技术为西门子、GE等制造业巨头掌握。2016年2月,西门子投资2000多万欧元,将芬斯蓬一处迁出的学校改造成了西门子工业型燃气轮机3D打印研发基地和工厂,负责燃气轮机零部件的快速原型设计、快速维修和快速生产。2016年7月,3D打印零件开始商业化制造。
 
      走进芬斯蓬西门子工业型燃气轮机3D打印研发基地和工厂,多处装修和陈设还保留着原先学校的痕迹。只有每个房间摆放着的大大小小、五颜六色的燃气轮机模型在不断地点题。霍姆斯特龙先容道,这里将会进行较大的改造,以适应对3D打印的后续投入和规模扩充。而穿上安全服、戴上护目镜才能进入的工作间,又是另一种画风。工作间大致分为原型设计、打印、维修和后期处理四个区域,共配有12台3D打印机。
在3D打印机全天候工作时,工作间几乎没有工作人员。工作间采用了数字化管理系统,只需少量人力操作。走近自动工作的打印机,透过泛出绿光的玻璃窗口,可以看到4个绿色光点正沿着特定的路径,在一层白色的粉末上快速移动,留下凝固成型的银灰色金属图案。接着,工作平台向下降低一级,一条金属片扫过整个平台,重新铺满白色粉末,进行新一层的金属图案绘制。
佩森先容道,打印的每一层金属厚度大约在0.02mm到0.04mm之间,比头发丝还细。正在打印的这个燃气轮机零件,共由9000多层构成。算法可以检测每一层出现的漏洞,然后实现自我修正。
这是一种名为选择性激光熔化(SLM)的增材制造技术。与激光烧结(SLS)技术相比,选择性激光熔化打印机控制激光在铺设好的粉末上方,选择性地对粉末进行照射,将金属粉末加热到完全熔化后成型,不需要黏合剂,成型的金属零件致密度和力学性能都更好。
不过,发电领域给3D打印工艺提出了更高的要求。以燃气轮机为例,首先,零件热负荷接近于所用金属的熔点;其次,涡轮叶片所承受的离心力是净重力的10000倍;最后,叶片尖端的线速度接近声速。
西门子是率先利用选择性激光熔化技术生产燃气轮机和蒸汽轮机金属部件的企业之一。那么,这些3D打印工艺而成的零件,上岗后表现如何呢?佩森先容道,应用在燃气轮机上的3D打印部件展现出了相同的安全性和可靠性,效率和可持续性方面也具有优势。
 
      在传统生产过程中,这个部位由13个部件和18个焊接点组成,而3D打印技术将其作为整体打印,生产时间由数月缩短到一两周。这些经过3D打印设计制造的燃烧室,支撑更高燃烧温度,可以处理高达60%的氢与天然气的共燃。由于氢气比天然气便宜,相比起纯天然气燃料,每年可以节省300万欧元。3D打印技术对SGT-400燃气轮机的叶片进行了重新设计,利用多晶镍超合金粉末制造,并改进了冷却性能。在满负荷核心机测试中,叶片被高于1250摄氏度的高温气体包围,运行速度超过每小时1600公里,相当于受力11吨。
 
      在虚拟的数字化模型中,工程师们可以在批量生产前测试特定的性能,开发时间大大缩短。这种近乎零成本的试误令霍姆斯特龙感到兴奋。他说道,目前已采用3D打印的燃气轮机零件只有一小部分,从制造成本来看,有高有低。但霍姆斯特龙强调,对于西门子的3D打印布局而言,成本并不是最重要的,最重要的还是无限灵活的设计带来的未来潜力。
 
      应用四:3D打印技术新突破|医生借生物 救治罕见伤患儿
 
      在现代医疗领域,作为第四次工业革命重要驱动力,生物3D打印正在改变着医疗手段和模式,在疑难病症上的优势和在临床应用的日趋成熟。近日,借助生物3D打印技术,广州市妇女儿童医疗中心儿童院区口腔外科崔颖秋团队成功救治了一例罕见伤患儿。广东东莞8岁男孩小林在玩耍时不慎跌倒,其右侧下颌骨颞下颌关节粉碎性骨折、右侧髁状突向上穿破颅底进入颅内。据崔颖秋先容,经查询公开报道,类似病例在全球范围内仅数十例,如不及时治疗,患儿可能出现张口困难、面部发育畸形、颅内感染等严重后果。在接到病人后,崔颖秋主任团队紧急与业内专家充分讨论制定手术方案,通过借助计算机辅助数字化外科技术和生物3D打印技术,将髁状突从颅内取出复位,重建了颞下颌关节,颅底的外伤洞穿缺损也同时得到了修补。

 
 
      术前进行了计算机辅助3D模拟手术,发现颅底的破损十分不规则,如何能够有效的修补缺损,又不影响髁突的正常运动呢?崔颖秋团队设计出了一个个性化的颅颌面缺损修复体。设计出来了,如何去制造这样特异的植入装置,可以完美贴合,并且能够坚固耐磨,且具有良好的生物相容性呢?崔颖秋生物3D打印专家,利用3D打印技术成功制备出了符合各项要求、国家许可在临床使用的个性化植入修复体。手术完成后次日,小林同学顺利从监护室返回了普通病房。看似普通的跌倒,导致的颞下颌关节粉碎性骨折、下颌骨髁状突刺入颅内、颅底缺损。而且3D打印出的peek骨修复材料完美契合了颅底的破损,让患者得到了完美治疗。相信这次经历,可以让小林拥有更加完整的人生。     除了手术预演模型、人体植入物,生物3D打印技术还能精准地打印出药片和私人订制的人体器官或组织,帮助医生突破医疗禁区。目前,国内医疗机构正在探索将3D打印应用于其他临床医疗场景。以儿童唇腭裂为例,对于该病导致的骨缺损,3D打印的骨骼外形可根据临床需求进行精准的个性化定制。
 
      应用五:3D打印“活纹身”感应环境变化 守护人体健康
 
      所有纹身都伤身?麻省理工要用3D打印“活文身”来守护健康。据英国《每日邮报》报道,麻省理工学院(MIT)的研究人员们已经开发出了一项基于“基因编程细菌活细胞”的新型3D打印技术,能够给人们贴上更加个性化的‘活纹身’。“这个只能“活”一段时间的“活纹身”可以随着身体的自然运动扭曲和拉伸,有望在不久的将来通过可穿戴设备来感知潜在的危险。”麻省理工学院的研究人员说明说,“3D打印‘活纹身’可以用来检测环境中的化学物质,例如PH值或温度的变化。”在这项3D打印技术中,研究人员通过使用一个定制的3D打印机和水凝胶打印出了一个由活细菌细胞组成的树形纹身。树的分支由敏感度不同的分子化合物组成,一旦暴露于相关的化学品,这些分支将发生不同化学反应。麻省理工学院的研究小组表示,他们不是第一个考虑3D打印基因工程细胞,其他人也曾尝试使用活哺乳动物细胞,但收效甚微。于是,麻省理工学院的研究小组转向了细菌细胞,这种细胞比哺乳动物细胞更易于形成更坚硬的细胞壁,不仅可以忍受恶劣的环境更能与大多数水凝胶相容。研究人员还先容了他们使用的一种含有普朗尼克酸(pluronic acid)的水凝胶。这使他们能够逐层打印细胞,产生3D交互式结构。麻省理工学院机械工程系Noyce职业发展赵选贺教授说明说。“这种水凝胶具有通过喷嘴打印的理想流动特性,这就像挤出牙膏一样。你需要‘墨水’从牙膏那样的喷嘴流出,打印后它可以保持其形状。” 据赵选贺教授先容,生物墨水是打印的理想选择,甚至展示了它能够以每个特征30微米的高分辨率打印的能力。“这意味着大家打印的每一行只包含几个单元格。大家还可以打印相对较大的结构。” 最终的可打印材料由与细菌细胞混合的水凝胶基质和保持细胞存活的营养物组成。

 
      目前,这项研究成果还尚未应用于人类的日常生活和工作中,但是随着进一步的发展,该技术未来还可用于制造“活性”材料,能安装在可穿戴传感器和交互显示器上。而且,它们甚至可以用于医疗,以便随着时间的推移缓慢地注射例如葡萄糖等药物或化合物。研究生Xinyue Liu补充道:“只要人们利用的方法可行,这项技术还可能用于细胞制造药物胶囊和手术植入物。”
 
      随着全球智造数据化进程日趋加快,3D打印制造技术发展迅速,如同20年前的互联网一样,在各个行业展现出惊人的应用潜力。大家期待未来3D打印技术能够走进千千万万户人家。
 
 
      

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