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:

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缅因大学打破自己创下的世界最大3D打印机纪录 FoF 1.0 能以每小时 500 磅的速度打印长 96 英尺、宽 32 英尺、高 18 英尺的物体,并能在多种工艺之间切换,包括大规模增材制造、减材制造、机械臂操作和连续胶带铺设。该打印机位于缅因大学先进结构与复合材料中心(ASCC)。它既可以单独完成项目,也可以与 MasterPrint(前文提到的破纪录 3D 打印机)联手完成项目。必要时,两者甚至可以同时处理同一个部件。来自能源部、国防部、美因河州住房管理局和其他旨在利用该技术的合作伙伴的代表出席了打印机揭幕仪式。它可以实现生态友好和具有成本效益的制造,应用于国家安全、轮船制造、桥梁建设、风能和海洋能技术以及经济适用房等领域。缅因州住房发展部主任马克-威森丹格(Mark Wiesendanger)说,到 2030 年,缅因州估计需要增加 8 万套住房,其中很多是专门为收入处于或低于地区中位数的人准备的。威森丹格说:"这项工作为建造高质量的经济适用房提供了另一种途径,同时进一步降低了成本,并利用了缅因州锯木厂丰富的木材剩余物。"值得注意的是,缅因州是全国森林覆盖率最高的州,每年生产超过一百万吨可用作 3D 打印机原料的木材残渣。使用大型 3D 打印机大规模建造经济适用房的想法已经存在多年,但推广速度一直有些缓慢。不过,这并不妨碍多个行业对此表示兴趣。例如,美国国家航空航天局(NASA)的目标是到 2040 年在月球上建造 3D 打印房屋。 ... PC版: 手机版:

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欧空局的金属3D打印机已运抵空间站 将在太空中创造未来 一台开创性的欧洲制造金属3D打印机已被发射到国际空间站,这标志着金属3D打印将首次在轨道上进行。这一举措利用了欧空局与空中客车公司之间的合作,旨在展示太空制造的潜力。图片来源:空中客车防务与航天公司"金属3D打印是一项更大的技术挑战,涉及到更高的温度和使用激光熔化金属。因此,必须确保机组人员和空间站本身的安全,而维护的可能性也非常有限。不过如果成功,金属的强度、导电性和刚性将把太空 3D 打印的潜力提升到新的高度。"第一台在国际空间站上运行的金属3D打印机正在进行地面测试,生产欧空局设计的样品部件。这台金属3D打印机由欧空局主导开发,旨在证明金属3D打印可以在失重条件下进行,为未来的太空制造能力开辟道路,让远离地球的宇航员可以生产他们需要的任何工具或备件。图片来源:空中客车防务与航天公司天鹅座NG-20货运飞船搭载着金属3D打印机以及8200磅重的科学调查报告和货物,于2月1日与国际空间站对接。打开包装后,欧空局宇航员安德烈亚斯-莫根森(Andreas Mogensen)将准备并将重约180公斤的金属3D打印机安装到欧空局哥伦布舱的欧洲拉架Mark II中。安装完成后,打印机将在地球上进行控制和监测,因此打印工作可以在没有 Andreas 监督的情况下进行。金属3D打印机技术演示器由空中客车防务与航天公司(Airbus Defence and Space SAS)领导的一个工业团队开发,该团队也是该项目的共同出资方,与欧空局人类和机器人探索局签订了合同。"这次在轨演示是欧空局与空中客车公司充满活力的小型工程师团队密切合作的成果,"空中客车公司项目经理帕特里克-克雷森说。"但这不仅仅是向未来迈出的一步,更是太空探索创新的一次飞跃。它为在太空中制造更复杂的金属结构铺平了道路。这是确保探索月球和火星的关键资产。"资料来源:空中客车公司打印机将使用一种常用于医疗植入物和水处理的不锈钢进行打印,因为这种不锈钢具有良好的耐腐蚀性。不锈钢丝被送入打印区,打印区由高功率激光器加热,其功率是普通激光笔的一百万倍。当金属丝浸入熔池时,金属丝的末端就会熔化,然后金属就会被添加到打印件中。来自欧空局技术、工程和质量部的欧空局材料工程师Advenit Makaya为该项目提供了技术支持:"打印过程中的熔池非常小,大约只有一毫米宽,这样液态金属的表面张力就能使其在失重状态下牢牢固定。即便如此,不锈钢的熔点约为 1400 °C,因此打印机是在一个完全密封的盒子里运行的,以防止过多的热量或烟雾进入空间站的乘员舱。在打印过程开始之前,打印机内部的氧气必须排出太空,取而代之的是氮气如果暴露在氧气中,热不锈钢就会氧化。金属3D打印机将是首次在国际空间站上使用3D打印机进行金属打印。欧空局与空中客车防务与航天公司(Airbus Defense and Space SAS)签订了生产该3D打印机的合同。形状和尺寸科学家们选择了四种有趣的形状来测试金属3D打印机的性能。这些首批物品将与在地面打印的相同形状(称为参考打印件)进行比较,以了解太空环境对打印过程的影响。这四个打印件的尺寸都小于一个苏打罐,每个打印件的重量不到 250 克,打印时间约为 2 到 4 周。由于空间站的噪音规定打印机的风扇和电机噪音相对较大,计划打印时间被限制在每天四小时。打印完一个形状后,安德烈亚斯将把它从打印机上取下,打包安全运回地球进行处理和分析,以了解太空与地球在打印质量和性能上的差异。作为专用工具的一部分,一个参考和0xg打印件将被送往德国科隆的欧洲宇航员中心(EAC)。另外两份将被送往欧空局的技术中心欧洲空间研究与技术中心(ESTEC),那里的材料与电子元件实验室团队正在等待样品,以便对打印部件进行宏观和微观分析。最后的打印件将被送往丹麦技术大学(DTU),他们将提出打印件的形状,并研究其热性能,以支持未来的天线排列等工作。为未来做准备罗布补充说:"作为一个技术示范项目,我们的目标是证明金属3D打印在太空中的潜力。我们已经学到了很多,希望能学到更多,使太空制造和装配成为现实。"欧空局未来发展的目标之一是创建循环型太空经济,在轨道上回收材料,以便更好地利用资源。其中一种方法是将旧卫星上的碎片重新利用,制成新的工具或结构。3D打印机可以省去用火箭将工具送上去的麻烦,让宇航员在轨道上就能打印出所需的部件。欧空局机械部主任托马索-吉迪尼(Tommaso Ghidini)指出:"金属3D太空打印技术是一项前景广阔的能力,不仅能支持未来的探索活动,还能通过原位制造、维修甚至回收太空结构,为更多应用领域的可持续太空活动做出贡献。这包括在轨大型基础设施的制造和组装以及行星上的长期人类定居。这些方面是欧空局即将开展的技术交叉倡议的重点。"欧空局材料与工艺部主管托马斯-罗尔(Thomas Rohr)补充说:"这项技术演示展示了微重力环境下金属材料的加工过程,为未来在地球以外制造基础设施铺平了道路。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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科学家实现利用脂肪组织进行3D生物打印 一种使用脂肪组织的新型 3D 生物打印方法可以打印分层的活体皮肤和毛囊,有望改善重建手术和毛发生长治疗的效果。 这项专利技术在老鼠身上进行了成功的测试,可以彻底改变治疗皮肤损伤和增强美容手术的方法。该团队的研究结果发表在《生物活性材料》上。 美国专利商标局于二月份授予该团队一项在本研究中开发和使用的生物打印技术的专利。宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学、生物医学工程和神经外科教授易卜拉欣·T·奥兹博拉特 (Ibrahim T. Ozbolat) 表示:“用于纠正因受伤或疾病而造成的面部或头部创伤的重建手术通常并不完美,会导致疤痕或永久性脱发。通过这项工作,我们证明了生物打印的全层皮肤具有在老鼠身上生长毛发的潜力。 这距离实现更自然、更美观的人类头部和面部重建又近了一步。”他领导了开展这项工作的国际合作。虽然科学家之前已经对薄层皮肤进行了 3D 生物打印,但 Ozbolat 和他的团队是第一个在术中打印多个皮肤层(包括最底层或皮下组织)的完整生命系统的。 研究人员表示,术中指的是在手术期间打印组织的能力,这意味着该方法可用于更立即、无缝地修复受损皮肤。 顶层作为可见皮肤的表皮在中间层的支撑下自行形成,因此不需要打印。 皮下组织由结缔组织和脂肪组成,为头骨提供结构和支撑。宾夕法尼亚州立大学博士后研究员 Miji Yeo 检查 3D 打印机上的生物墨盒,该打印机专为术中打印皮肤层而开发。 图片来源:米歇尔·比克斯比/宾夕法尼亚州立大学“皮下组织直接参与干细胞变成脂肪的过程,”奥兹博拉特说。 “这个过程对于包括伤口愈合在内的几个重要过程至关重要。 它还在毛囊循环中发挥作用,特别是促进头发生长。”皮肤生物打印的突破研究人员首先从宾夕法尼亚州立大学健康米尔顿·赫尔希医疗中心接受手术的患者身上获取人体脂肪或脂肪组织。 合作者迪诺·J·拉夫尼克 (Dino J. Ravnic) 是宾夕法尼亚州立大学医学院整形外科系的外科副教授,他带领他的实验室获得了用于提取细胞外基质的脂肪细胞外基质是分子和蛋白质的网络,为细胞提供结构和稳定性。 组织制造生物墨水的一种成分。Ravnic 的团队还从脂肪组织中获得了干细胞,如果提供正确的环境,干细胞有可能成熟为几种不同的细胞类型,从而制造另一种生物墨水成分。 每个组件都被加载到生物打印机的三个隔室之一中。 第三个隔室充满了凝血溶液,有助于其他成分正确地结合到受伤部位。“这三个隔室使我们能够在精确控制下共同打印基质-纤维蛋白原混合物和干细胞,”Ozbolat 说。 “我们直接打印到损伤部位,目标是形成皮下组织,这有助于伤口愈合、毛囊生成、温度调节等。”他们获得了皮下组织和真皮层,表皮在两周内自行形成。“我们在大鼠身上进行了三组研究,以更好地了解脂肪基质的作用,我们发现基质和干细胞的共同传递对于皮下组织的形成至关重要,”Ozbolat 说。 “它不能仅对细胞或基质有效地起作用它必须同时起作用。”他们还发现皮下组织含有向下生长,这是早期毛囊形成的初始阶段。 研究人员表示,虽然脂肪细胞不直接参与毛囊的细胞结构,但它们参与毛囊的调节和维护。“在我们的实验中,脂肪细胞可能改变了细胞外基质,以更有利于向下生长的形成,”奥兹博拉特说。 “我们正在努力推进这一目标,以控制密度、方向性和生长的方式使毛囊成熟。”奥兹博拉特表示,在创伤的受伤或患病部位精确生长毛发的能力可能会限制自然重建手术的表现。 他说这项工作提供了一条“充满希望的前进道路”,特别是与他实验室的其他项目相结合,包括打印骨骼和研究如何匹配各种肤色的色素沉着。“我们相信这可以应用于皮肤科、毛发移植以及整形和重建手术它可能会带来更加美观的结果,”奥兹博拉特说。“凭借全自动生物打印能力和临床级兼容材料,这项技术可能会对精确重建皮肤的临床转化产生重大影响。”编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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