中国科研人员研制出高抗疲劳3D打印钛合金

中国科研人员研制出高抗疲劳3D打印钛合金 据了解，理想状态下3D打印技术直接制备出的钛合金应具有天然的超高抗疲劳性能，而打印过程中产生的气孔等缺陷会使钛合金的抗疲劳性能大幅下降。科研人员在某种钛合金材料的高温实验中发现，存在一个宝贵的热处理工艺窗口，可以抑制住气孔的出现，在此基础上，发明了缺陷与组织分步调控的新工艺，最终制备出几乎无气孔的钛合金材料。这种材料在循环测试中，可以把钛合金的拉-拉疲劳强度从原始态的475兆帕提升至978兆帕。据中国科学院金属研究所研究员介绍，目前3D打印技术在航空航天应用领域比较多。他们研发的这项新技术，在相同的载荷下，疲劳寿命会提高十倍到上百倍。在相同的预期寿命下，施加的载荷会提高百分之十到百分之十五。 ... PC版： 手机版：

密苏里大学研发的新型多材料激光3D打印机可一站式制造复杂设备

密苏里大学研发的新型多材料激光3D打印机可一站式制造复杂设备 密苏里大学的研究人员开发出一种新型3D打印方法，可在单一流程中制造复杂的多材料设备，从而简化制造流程并提高环境的可持续性。图片来源：Sam O'Keefe它被称为自由形态多材料组装工艺，有望彻底改变新产品的制造工艺。通过打印嵌入结构中的传感器，该机器可以制造出能够感知环境条件（包括温度和压力）的东西。对于其他研究人员来说，这可能意味着拥有一个自然外观的物体，例如可以测量海水流动的岩石或贝壳。对于公众来说，其应用可能包括监测血压和其他生命体征的可穿戴设备。其他技术在材料的多功能性以及如何精确地将较小的部件放置在较大的3D结构中方面存在不足。团队的方法是利用特殊技术来解决这些问题。团队成员制造了一台有三个不同喷嘴的机器：一个喷嘴添加类似墨水的材料，另一个喷嘴使用激光雕刻形状和材料，第三个喷嘴添加额外的功能材料，以增强产品的功能。它首先用普通的 3D 打印丝（如聚碳酸酯，一种透明的热塑性塑料）制作基本结构。然后，改用激光将某些部分转化为一种名为激光诱导石墨烯的特殊材料，并将其准确地放置在需要的地方。最后，再添加更多材料，以增强最终产品的功能。这项工作得到了美国国家科学基金会（NSF）先进制造计划的资助，NSFI-CorpsTM计划为探索商业化提供资金。"I-Corps 计划正在帮助我们确定市场利益和需求，"Lin 说。"目前，我们认为其他研究人员也会对它感兴趣，但我们相信它最终会让企业受益。它将缩短设备原型的制造时间，使企业能够在内部制造原型。这项仅在密苏里大学拥有的技术，为改变产品制造和生产方式带来了巨大的希望。""这是首次使用这种工艺，它开启了新的可能性，"该研究的第一作者、密苏里大学机械工程专业博士生 Bujingda Zheng 说。"我对这种设计感到非常兴奋。我一直想做一些前人没有做过的事情，而我在 Mizzou 就能做到。"其中一个主要好处是，创新者可以专注于设计新产品，而不必担心如何制作原型。密苏里大学机械与航空航天工程系副教授 Jian"Javen"Lin 说："这为全新的市场提供了可能。它将对可穿戴传感器、可定制机器人、医疗设备等产生广泛影响。"目前，制造多层结构（如印刷电路板）是一个涉及多个步骤和多种材料的繁琐过程。这些工艺成本高、耗时长，而且会产生对环境有害的废弃物。这种新技术不仅对地球更有益，其灵感还来自大自然中的系统。"自然界的一切都由结构材料和功能材料组成，"Zheng 说。"例如，电鳗的骨骼和肌肉使它们能够移动。它们还有专门的细胞，可以放出高达 500 伏特的电压来击倒捕食对象。这些生物学观察启发了研究人员开发新的方法来制造具有多功能应用的3D结构，但其他新兴方法存在局限性。"编译自/ScitechDailyDOI: 10.1038/s41467-024-48919-5 ... PC版： 手机版：

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品 首先，在 3D 打印介质中使用木材并不是一个新想法。我们以前还看到过用从木材中提取的纤维素打印出的木质物品，以及用锯末与生物环氧树脂混合制成的 3D 打印吉他。麻省理工学院的科学家甚至正在开发一种方法，将实验室培养的木材培育成预定的三维形状。然而，休斯顿莱斯大学的研究人员声称，他们是第一批用完全由木材天然成分组成的材料 3D 打印出真正木制物品的人。除了水之外，粘稠的墨水还包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和木质素后者是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。纤维素和木质素都可以从林业、建筑业和消费品行业产生的木材废料中获取。木墨是通过一种称为直接墨水写入（DIW）的 3D 打印工艺来连续分层构建物体的。这与常用的熔融沉积建模（FDM）技术类似，熔融材料从喷嘴中挤出，冷却后硬化。在 DIW 技术中，材料不是冷却，而是通过烧结工艺变成固体形式。对于木质油墨来说，烧结过程包括在 -85 ºC (-121 ºF) 温度下冷冻干燥印刷物体 48 小时，然后在 180 ºC (356 ºF) 温度下加热 20 至 30 分钟。加热步骤将木质素转化为一种"分子胶"，将纤维素纤维和晶体结合在一起。部分 3D 打印木制品，包括一张小桌子和一把小椅子据报道，用这种材料打印出来的小物件在外观、结构、质地、热稳定性甚至气味方面都与天然木材十分相似。它们在机械强度上也比天然轻木更强，天然轻木在研究中被用作基线。还有一个额外的好处，就是它们在废弃后可以生物降解。但更重要的是，用油墨打印物品时，只使用打印该物品所需的油墨量。相比之下，用天然木块雕刻或碾磨物品时，去掉的所有木料都会被浪费掉。首席科学家穆罕默德-拉赫曼（Muhammad Rahman）副教授说："直接利用自身天然成分创建木结构的能力为更加环保和创新的未来奠定了基础。它预示着一个可持续 3D 打印木结构的新时代。"科学家们承认，该过程中的冷冻干燥和加热步骤需要大量能源，因此他们正在探索替代方法。他们的研究论文最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家利用模糊光三维打印高质量镜片

科学家利用模糊光三维打印高质量镜片 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 研究人员开发了一种名为模糊层析成像的新型 3D 打印方法，可以快速生产出具有商业级光学质量的微透镜。他们使用这种技术打印了一个微型透镜阵列，图中的微型透镜阵列由一组镊子夹持。图片来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯在光学出版集团（Optica Publishing Group）的高影响力研究期刊《光学》（Optica）上，这些研究人员展示了这种新方法，用它制作了一个毫米大小的平凸透镜，其成像性能与市售玻璃透镜类似。他们还表明，这种方法可以在 30 分钟内生产出可以使用的光学元件。韦伯说："由于层析 3D 打印机和所使用的材料价格低廉，我们预计这种方法对于经济高效地快速制作光学元件原型非常有价值。此外，层析 3D打印固有的自由形态特性可以让光学设计师用形状复杂的打印光学器件取代多个标准光学器件，从而简化设计。"这项新技术使用定制的投影透镜来模糊用于固化光敏树脂的激光束。这样就产生了光学上光滑的表面，从而可以打印出商业质量的镜片，如左下角所示的镜片。资料来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯断层体积增材制造是一种相对较新的制造方法，它利用投射光在特定区域固化光敏树脂。它可以在没有任何支撑结构的情况下一次性打印出整个部件。然而，现有的层析成像方法无法直接打印出成像质量的透镜，因为所使用的铅笔状光束会造成条纹，从而导致部件表面出现小棱角。虽然可以使用后处理步骤来创建光滑的表面，但这些方法增加了时间和复杂性，从而失去了与断层打印相关的快速原型制作优势。韦伯博士说："光学元件的制造成本很高，因为一个正常的透镜需要严格的技术指标，而且制造过程复杂耗时。模糊层析成像技术可用于以低成本的方式进行自由形态设计。随着技术的成熟，它可以更快地制作出新光学设备的原型，这对从商业制造商到车库发明家的任何人都非常有用。"为了测试这种新方法，研究人员首先制作了一个简单的平凸透镜，结果表明它的成像分辨率与具有相同物理尺寸的商用玻璃透镜相当。它还表现出微米级的形状误差、亚纳米级的表面粗糙度和接近玻璃透镜的点展宽函数。他们还利用模糊层析技术制作了一个 3×3 的微透镜阵列，并将其与用传统层析 3D 打印技术打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度较大，用传统方法打印的阵列无法对名片成像，但用模糊层析成像技术打印的阵列却可以。此外，研究人员还演示了将球透镜叠印到光纤上，这在以前只能通过一种称为双光子聚合的增材制造技术来实现。目前，他们正致力于通过优化光图案设计方法和将材料参数纳入打印过程来提高组件精度。他们还希望实现打印时间的自动化，使系统足够强大，使其能够用于商业用途。韦伯说："断层三维打印技术是一个迅速成熟的领域，在许多应用领域都得到了应用。在这里，我们利用这种三维打印方法的内在优势来制造毫米级的光学元件。这样，我们就为光学制造技术增加了一种快速、低成本的替代方法，有可能对未来技术产生影响。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新型3D打印墨水可为同一打印作业的不同部分改变颜色

新型3D打印墨水可为同一打印作业的不同部分改变颜色 运用新技术打印的一只五彩变色龙作为技术演示此外，除了少数实验性的例外情况，一个线轴上的所有聚合物丝通常都是一种颜色。这意味着，如果有人想在不同的地方 3D 打印出不同颜色的单个物体，就需要在不同的线轴之间来回切换。更重要的是，真正鲜艳的颜色（如蝴蝶翅膀上的颜色）很难以染料的形式生产出来。这是因为蝴蝶翅膀上的纳米级结构代替了颜料，它们能反射/散射和吸收周围的白光，从而呈现出鲜红、蓝或绿等色彩。在Diao Ying副教授和研究生 Sanghyun Jeon 的带领下，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开始在光敏三维打印墨水中复制这种效果。由此产生的凝胶状物质就是所谓的"可光照交联瓶刷嵌段共聚物溶液"。之所以称其为"瓶刷"，是因为从分子上讲，它是由密集接枝的侧链"刷子"组成的，这些侧链"刷子"连接在一个共同的共享主干上。当墨水从打印喷嘴挤出后立即暴露在紫外线下，刷子顶端的分子会相互交联。当墨水迅速凝固时，这些连接在一起的分子就会在材料表面形成类似蝴蝶翅膀的纳米结构。通过同步挤出速度、打印头运动和紫外光强度等因素，可以调整工艺，使成品的不同部分在可见光光谱内呈现出从深蓝到橙色的各种颜色。这项技术还可以在颜色之间形成渐变，而这在 3D 打印中是不可能实现的。有关这项研究的论文最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 ... PC版： 手机版：

首个3D打印的功能性人脑组织能像真实脑组织一样生长

首个3D打印的功能性人脑组织能像真实脑组织一样生长 研究人员用 3D 打印出能像普通脑组织一样生长和运作的脑组织创建一个尽可能接近真实的器官对于探索疾病病理和测试新药的研究至关重要。大脑面临着特殊的挑战，包括在实验室中培育的神经元必须形成功能性连接，而且脑组织需要支持复杂而微妙的结构。威斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison）的研究人员成功地用三维打印技术打印出了能像普通大脑一样生长和运作的脑组织。这项研究的通讯作者张素春说："这可能是一个非常强大的模型，帮助我们了解人类脑细胞和大脑部分是如何交流的。它可以改变我们看待干细胞生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病发病机制的方式。"研究人员的目标是构建分层神经组织，使神经祖细胞（NPC）在层内和层间成熟并形成连接（突触），同时保持结构不变。他们选择了一种主要由纤维蛋白原和凝血酶组成的纤维蛋白水凝胶作为"生物墨水"，即用于组织打印的生物材料，因为它与神经细胞具有生物相容性。纤维蛋白原和凝血酶都在凝血过程中发挥作用。纤维蛋白凝胶的高粘度使其难以打印，因此研究人员将其与透明质酸水凝胶混合，放入混合物中的NPC存活和成熟的数量更多，而加入另一种氢使他们的生物墨水比以前使用的生物墨水更柔软。研究人员没有采用传统的垂直叠层三维打印方法（这种方法需要厚层打印坚硬的生物墨水），而是通过水平打印一个薄层或细胞注入凝胶带，将其紧挨另一个薄层或细胞注入凝胶带，从而创建出图案化组织。为了防止打印带混合，研究人员在混合物沉积后立即使用凝血酶作为交联剂。虽然打印的细胞停留在指定的层内，但在打印后的两到五周内，神经元在层内和层间形成了功能性突触连接。张说："这种组织仍然有足够的结构来支撑在一起，但它又足够柔软，可以让神经元相互生长并开始对话。我们的组织保持相对较薄，这使得神经元很容易从生长介质中获得足够的氧气和养分。"研究人员尝试在生物墨水中使用不同的细胞组合打印脑组织。该研究的第一作者、华大麦迪逊分校张实验室的严元伟研究员"我们打印了大脑皮层和纹状体，我们的发现非常惊人，"张说。"即使我们打印了属于大脑不同部位的不同细胞，它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互对话。"研究人员说，他们的方法可以精确控制细胞的类型和排列，而器官组织和其他打印方法则无法做到这一点。而且这种打印技术不需要特殊的设备或培养方法来保持组织的健康，这意味着许多实验室都可以使用这种技术。张说："我们的实验室非常特别，因为我们能够在任何时候生产几乎任何类型的神经元，然后，我们几乎可以在任何时候以任何方式将它们组合在一起，有一个确定的系统来研究人类大脑网络是如何运作的。研究人员计划对生物墨水和设备进行改进，以便在打印组织中实现特定的细胞定向。"现在，我们的打印机是一台台式商业化打印机，"该研究的主要作者颜元伟说。"我们可以进行一些专门的改进，帮助我们按需打印特定类型的脑组织。"研究人员说，所打印的脑组织可用于研究唐氏综合征的细胞-细胞信号传导、健康组织与受阿尔茨海默氏症影响的组织之间的相互作用、测试新的候选药物，或者只是观察大脑的发育过程。这项研究发表在《细胞干细胞》杂志上。 ... PC版： 手机版：