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面向未來的3D打印材料與打印技術(shù)

3D打印行業(yè)進(jìn)入了快速成長(zhǎng)期，伴隨著行業(yè)的成長(zhǎng)，材料技術(shù)的提升也催化了行業(yè)應(yīng)用走向成熟。站在今天，我們不由得好奇將來那些3D打印材料會(huì)成為主導(dǎo)，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Research and Market預(yù)測(cè)3D打印材料市場(chǎng)將從2016年的5.3 億美金快速成長(zhǎng)到2021年的15億美金的市場(chǎng)規(guī)模.那么，3D 打印材料市場(chǎng)上究竟將誰主沉浮？參考3D打印服務(wù)平臺(tái)Sculpteo選出的十大材料，一起回顧那些富有商業(yè)前景的材料和打印技術(shù)吧。

材料
不再單一

記憶性的多材料聚合物（4D打印）

麻省理工和新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)開創(chuàng)的3D打印熱響應(yīng)性聚合物材料，能夠記得原來的形狀，即使被暴露在極端壓力和扭轉(zhuǎn)彎曲成無用的形狀，只要把對(duì)象放回他們的響應(yīng)溫度下，立即在幾秒鐘內(nèi)回到原來的形式。

記憶是一種特別有用的特性，因?yàn)樗试S物體在不同的柔軟程度、彈性狀態(tài)下進(jìn)行切換。在這種特殊的情況下，即使室溫也可以“凍結(jié)”這些材料，使之呈現(xiàn)出不同的形狀，而一個(gè)稍高的溫度又可以使這些材料瞬間“彈”回堅(jiān)實(shí)的狀態(tài)。

這種材料在太陽能、醫(yī)療和太空探索領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，包括軟性驅(qū)動(dòng)器、藥物膠囊、太陽能板角度調(diào)節(jié)器等。

定制化藥物打印
打印小的分子一直是化學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵話題，Burke Laboratories發(fā)明了可以打印分子級(jí)別的3D打印機(jī)，也就是說這臺(tái)機(jī)器能夠生產(chǎn)自動(dòng)化的化學(xué)合成。

這種創(chuàng)新的3D打印方式帶來了新的材料技術(shù)，也簡(jiǎn)化了化學(xué)合成的復(fù)雜性，并且使得科學(xué)家可以用來探索更多的藥物合成，而在此之前受化學(xué)合成技術(shù)的約束，很多更有效的藥物得不到開發(fā)。

導(dǎo)電材料打印

使用3D打印，弗吉尼亞理工大學(xué)通過微光固化技術(shù)打印了毫米大小的3D對(duì)象，材料是離子液體制成的導(dǎo)電聚合物。打印對(duì)象小到25μm，潛在的應(yīng)用涉及到人類細(xì)胞。事實(shí)上，這種技術(shù)可以讓工程師打印導(dǎo)電元件甚至組織支架。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步探討材料可能改變的特性，包括機(jī)械和導(dǎo)電性能。

3D打印骨植入物、組織和器官
約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一個(gè)成功的3D打印材料配方：混合至少30%粉碎的天然骨粉與一些特殊的人造塑料，并通過3D打印技術(shù)創(chuàng)建所需的形狀。

至于組織和器官，維克森林大學(xué)（Wake Forest University）再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出可以制造器官、組織和骨骼的3D打印機(jī)，理論上，這些打印出來的器官、組織和骨骼能夠直接植入人體。ITOP研究所也開發(fā)了可生物降解的塑料材料制造水基凝膠以支撐打印過程中的活體細(xì)胞。

3D打印的環(huán)保材料

ABS塑料主要通過FDM打印機(jī)來使用，是目前最常見的塑料。然而，它不完全是環(huán)保的，在煙霧融化時(shí)釋放有害的氣體。總部位于慕尼黑的 Additive Elements，一直致力于安全、生物為基礎(chǔ)的材料，并相信這代表了行業(yè)的未來。Additive Elements研發(fā)了食品級(jí)材料由專門的惰性材料和原材料主城，而且可完全回收并且對(duì)環(huán)境無害。

碳納米管
市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Lux Research預(yù)測(cè)，2016年排名前三的趨勢(shì)是碳納米管產(chǎn)品，以軟件為基礎(chǔ)的可編程與智能化材料，以及IoT物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來的嵌入式材料打印需求與技術(shù)升級(jí)。Lux Research還預(yù)測(cè)碳納米管材料和3D打印碳納米管將走向先進(jìn)材料市場(chǎng)的主場(chǎng)。

碳納米管的圓柱形碳分子具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能和電學(xué)性能，使他們?cè)诩{米技術(shù)領(lǐng)域－nanotechnogloy、半導(dǎo)體領(lǐng)域、電子領(lǐng)域、光學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域具有極大的潛力。

密歇根的創(chuàng)業(yè)公司3DXTech推出了一系列專業(yè)碳納米管的3D打印長(zhǎng)絲，該長(zhǎng)絲可以用于幾乎任何FDM / FFF桌面型3D打印機(jī)加熱與搭建平臺(tái)，用于制作拓展功能的3D打印電子和PCB電路板，3D打印碳納米管還可以顯著增強(qiáng)3D打印物體。除了3DXTech還有Arevo Lab和Avante Technology推出了自己的碳納米材料。

石墨烯
石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的二維材料：它是有史以來最薄的材料，只有一個(gè)碳原子厚度；也是有史以來最強(qiáng)的材料，強(qiáng)度是一般結(jié)構(gòu)鋼的200倍。石墨烯幾乎是完全透明的，但結(jié)構(gòu)非常致密，即使是最小的氦原子都不能穿過它。而且它與人類細(xì)胞組織相容。

用于醫(yī)學(xué)：西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)往石墨烯打印的支架上注入了干細(xì)胞，最終的結(jié)果相當(dāng)出色。首先，細(xì)胞存活了下來，然后繼續(xù)分裂、增殖并轉(zhuǎn)化成類似神經(jīng)元的細(xì)胞。

用于LED：石墨烯3D實(shí)驗(yàn)室的Romulus III可以打印有機(jī)LED光源，該獨(dú)特工藝是通過石墨烯涂層透明導(dǎo)體來制作的。這種功能性打印機(jī)將貼近人們的實(shí)際生活和實(shí)際需求，為更多的基于此項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品打開了一扇大門。

用于電容：美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）與加州大學(xué)圣克魯茲分校的科學(xué)家們通過3D打印石墨烯超級(jí)電容讓定制化電子產(chǎn)品成為可能。澳大利亞斯威本大學(xué)（Swinburne University）的研究人員通過3D打印石墨烯薄片，發(fā)明了一種全新而且應(yīng)用廣泛的能源存儲(chǔ)技術(shù)（從技術(shù)上講，是一種超級(jí)電容器），可容納更大的電荷能量，并且在一秒鐘內(nèi)完成充電。

另外，英國(guó)的Haydale Graphene Industries還推出了石墨烯增強(qiáng)PLA絲材，提高了PLA材料的強(qiáng)度和剛性。

除此之外補(bǔ)充Sculpteo的評(píng)選如下：

納米液滴

蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的“納米液滴”3D打印，能夠以金、銀納米顆粒為原料3D打印出超薄的“納米墻”。

高溫陶瓷
加利福尼亞州Malibu的HRL 實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方，這種樹脂在3D打印后經(jīng)過過火可以生成致密的陶瓷部件。

動(dòng)態(tài)Cilllia毛發(fā)
MIT研發(fā)的Cilllia毛發(fā)是通過光敏樹脂固化的技術(shù)打印出來的，通過將3D打印的精度控制到極其細(xì)微的程度。這對(duì)于動(dòng)力學(xué)是個(gè)創(chuàng)新領(lǐng)域，改變了以往我們需要電機(jī)或者其他的動(dòng)力裝置才能使得物體發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)狀。

離子膜
美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家使用3D打印技術(shù)制作的離子交換膜模型是第一個(gè)可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個(gè)簡(jiǎn)單的并聯(lián)電阻模型就可以描述這些圖案在降低這些新型膜的電阻方面發(fā)揮的影響。

纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料
為了充分控制復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的分布和方向，英國(guó)Bristol大學(xué)找到了代替熔融長(zhǎng)絲的3D打印復(fù)合材料的方法，該方法是基于光敏樹脂技術(shù)的3D打印技術(shù)。通過超聲波用來誘導(dǎo)材料的微觀結(jié)構(gòu)排列，通過激光束用來固化環(huán)氧樹脂。

上一篇：什么是金屬基3D打印材料？下一篇：3D打印ABS材料用于大尺寸熔模鑄造

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