世界首款芯片式3D打印机诞生 比一枚硬币还要小

世界首款芯片式3D打印机诞生比一枚硬币还要小该技术能够将光束精准聚焦到树脂槽中，当特定波长的光线照射到树脂上时，树脂迅速固化成形。与传统3D打印机依赖机械臂和电机来改变光束焦点的设计不同，这款芯片式打印机利用微型光学天线来操控光束，从而能够在极小的空间内实现精确打印，并且完全消除了移动部件。这种便携、高效的口袋大小打印机将使工程师、医生甚至急救人员等专业人士能够随时随地打印所需的物品，无需依赖笨重的大型设备。麻省理工学院的杰琳娜·诺塔罗斯教授表示：“这项技术彻底改变了人们对3D打印机的传统看法。它不再是实验室中的庞大机器，而是变成了可以手持和携带的设备。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434181.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434181.htm

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-85ºC(-121ºF)温度下冷冻干燥印刷物体48小时，然后在180ºC(356ºF)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（MuhammadRahman）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》（ScienceAdvances）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424440.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424440.htm

"双金属"3D打印技术可产生强度更高的金属物品

"双金属"3D打印技术可产生强度更高的金属物品简而言之，这涉及到利用一个焊接头来产生一个电弧，使金属线熔化。熔化的金属以连续的层数沉积，逐步建立起所需的物品。每次在一个打印作业中需要不同的金属时，这个过程就必须暂停，以便将一种金属制成的金属线换成另一种金属制成的。为了简化这一过程，由AmitBandyopadhyay教授领导的华盛顿州立大学团队开发了一项新技术，该技术结合了两个市售的焊接头，每个焊接头都装载了不同金属的焊丝。一个焊头最初将一种金属以圆形模式沉积，形成一个环。然后，另一个焊头冲进去，将另一种金属沉积在该环内，使该结构具有坚实的核心。当这两种金属继续冷却时，外环的收缩速度比内芯快。这在两种金属的界面上产生压力，将它们结合在一起。这个过程反复进行，一层又一层，最终形成一个单一的"双金属"柱。到目前为止，科学家们已经创造了双金属结构--例如在一个较温和的钢外壳中包含一个不锈钢核心的柱子--其强度比单独由任何一种金属制成的同等结构强33%至42%。人们希望这项技术最终能够用于制造产品，如抗扭轴、带有冷却核心的航天器部件，周围有耐热外壳，甚至是带有治疗性磁芯的人工髋关节植入物，并包裹在耐用的钛中，这些物品不一定要采取圆柱外形。Bandyopadhyay告诉我们："我们在这项工作中展示的例子是径向结构，即两种材料在径向放置。"[但是]我们应该能够做出任何可以3D打印的设计。"关于这项研究的论文最近发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366879.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366879.htm

生物相容性创新：MIT研发用于下一代植入物的柔软、可打印的无金属电极

生物相容性创新：MIT研发用于下一代植入物的柔软、可打印的无金属电极麻省理工学院的工程师们开发了一种不含金属、类似果冻的材料，它像生物组织一样柔软和坚韧，并能与传统金属类似地导电。这种新材料是一种高性能导电聚合物水凝胶，有朝一日可能会取代医疗设备电极中的金属。植入式电极主要由刚性金属制成，其本质是导电的。但随着时间的推移，金属会加重组织的负担，造成疤痕和炎症，反过来又会降低植入物的性能。现在，麻省理工学院的工程师们已经开发出一种不含金属、类似果冻的材料，它和生物组织一样柔软坚韧，并且可以和传统金属一样导电。这种材料可以被制成可打印的墨水，研究人员将其图案化为灵活的橡胶状电极。这种新材料是一种高性能导电聚合物水凝胶，有朝一日可能会取代金属，成为功能性的凝胶型电极，具有生物组织的外观和感觉。"这种材料的操作与金属电极相同，但由凝胶制成，与我们的身体相似，并具有类似的水含量，"医疗设备创业公司SanaHeal的联合创始人HyunwooYukSM'16PhD'21说。"它就像一个人造组织或神经。"麻省理工学院机械工程和土木与环境工程教授赵煊赫补充说："我们相信，我们第一次有了一种坚韧、牢固、类似果冻的电极，有可能取代金属来刺激神经，并与心脏、大脑和身体的其他器官对接。"赵、Yuk以及麻省理工学院和其他地方的其他人在《自然-材料》上报告了他们的结果。该研究的共同作者包括第一作者和麻省理工学院的前博士后周涛，他现在是宾夕法尼亚州立大学的助理教授，以及江西科技师范大学和上海交通大学的同事。一个真正的挑战绝大多数聚合物在本质上是绝缘的，这意味着电力不容易通过它们。但是，存在着一小部分特殊的聚合物，它们实际上可以通过其主体传递电子。一些导电聚合物在20世纪70年代首次被证明具有高导电性--这项工作后来被授予诺贝尔化学奖。最近，包括Zhao实验室的研究人员已经尝试使用导电聚合物来制造柔软的无金属电极，用于生物电子植入物和其他医疗设备。这些努力旨在制造柔软而坚韧的导电薄膜和贴片，主要是通过将导电聚合物的颗粒与水凝胶（一种柔软和海绵状的富水聚合物）混合。研究人员希望导电聚合物和水凝胶的结合将产生一种灵活的、生物相容的和导电的凝胶。但是到目前为止，制成的材料要么太弱太脆，要么表现出糟糕的电性能。Yuk说："在凝胶材料中，电气和机械性能总是相互对抗。"如果你改善凝胶的电性能，你必须牺牲机械性能，反之亦然。但在现实中，我们两者都需要：一种材料应该是导电的，同时也是有弹性和坚固的。这是真正的挑战，也是人们无法将导电聚合物制成完全由凝胶制成的可靠设备的原因。"在他们的新研究中，Yuk和他的同事们发现他们需要一种新的配方，将导电聚合物与水凝胶混合，以增强各自成分的电气和机械性能。Yuk说："人们以前依赖于这两种材料的均匀、随机混合。这种混合物产生了由随机分散的聚合物颗粒组成的凝胶。该小组意识到，为了分别保持导电聚合物和水凝胶的电气和机械强度，两种成分应以它们略微排斥的方式混合，这种状态被称为相分离。在这种略微分离的状态下，每种成分就可以将其各自的聚合物连接起来，形成长长的微观链，同时也作为一个整体进行混合。""想象一下，我们正在制作电气和机械意大利面条，"赵提出。"电学意大利面条是导电聚合物，它现在可以在材料上传输电力，因为它是连续的。而机械意大利面条是水凝胶，它可以传递机械力，并具有韧性和伸展性，因为它也是连续的。"研究人员随后调整了配方，将意大利面条的凝胶煮成墨水，他们将其送入3D打印机，并打印在纯水凝胶的薄膜上，图案类似于传统的金属电极。第一作者Zhou说："因为这种凝胶是可3D打印的，我们可以定制几何和形状，这使得它很容易为各种器官制造电接口。"研究人员随后将打印好的类似果冻的电极植入了大鼠的心脏、坐骨神经和脊髓。研究小组在动物身上测试了电极的电气和机械性能长达两个月，发现这些装置在整个过程中保持稳定，周围组织几乎没有炎症或疤痕。电极还能够将来自心脏的电脉冲传递给外部显示器，并向坐骨神经和脊髓提供小脉冲，这反过来又刺激了相关肌肉和肢体的运动活动。展望未来，Yuk设想，这种新材料的直接应用可能是用于从心脏手术中恢复的人。"这些病人需要几周的电力支持，以避免心脏病发作，这是手术的一个副作用，"Yuk说。"因此，医生在心脏表面缝合一个金属电极，并在数周内刺激它。我们可能会用我们的凝胶取代那些金属电极，以最大限度地减少并发症和副作用，目前人们只是接受。"该团队正在努力延长该材料的使用寿命和性能。然后，这种凝胶可以作为器官和长期植入物之间的软电接口，包括心脏起搏器和深脑刺激器。赵说："我们小组的目标是用类似Jell-O的东西来取代体内的玻璃、陶瓷和金属，这样它就更加良性，但性能更好，而且可以持续很长时间。这是我们的希望。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365521.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365521.htm

科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器

科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器据报道，目前，美国麻省理工学院最新研制3D打印精准等离子体传感器，该设备成本较低，且易于制造，这些数字化设备可以帮助科学家预测天气或者研究气候变化。该等离子体传感器也被称为“延迟电位分析仪(RPAs)”,被人造卫星等轨道航天器用于确定大气化学成分和离子能量分布。3D打印、激光切割流程制造的半导体等离子体传感器，由于该过程需要无尘环境，导致半导体等离子体传感器成本昂贵，且需要几个星期的复杂制造过程。相比之下，麻省理工学院最新研制的等离子体传感器仅需几天时间制造，成本几十美元。由于成本较低、生产速度快，这种新型传感器是立方体卫星的理想选择，立方体卫星成本低廉、低功率且重量轻，经常用于地球上层大气的通信和环境监测。该研究团队使用比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更有弹性的玻璃陶瓷材料研制了新型等离子体传感器，通过在塑料3D打印过程中使用玻璃陶瓷，能够制造出形状复杂的传感器，它们能够承受航天器在近地轨道可能遇到的巨大温度波动。研究报告资深作者、麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)首席科学家路易斯·费尔南多·委拉斯奎兹-加西亚(LuisFernandoVelasquez-Garcia)说：“增材制造会在未来太空硬件领域产生重大影响，一些人认为，当3D打印一些物体时，必须认可其性能较低，但我们现已证明，情况并非总是这样。”目前这项最新研究报告发表在近期出版的《增材制造杂志》上。多功能传感器等离子体传感器首次用于太空任务是1959年，它能探测到漂浮在等离子体中的离子或者带电粒子的能量，等离子体是存在于地球上层大气中的过热分子混合物。在立方体卫星这样的轨道航天器上，等离子体传感器可以测量能量变化，并进行化学分析，从而有助于科学家预测天气或者监测气候变化。该传感器包含一系列布满小孔的带电网格，当等离子体通过小孔时，电子和其他粒子将被剥离，直到仅剩下离子，当这些离子产生电流，传感器将对其进行测量和分析。等离子体传感器应用成功的关键是对齐网格的孔状结构，它必须具有电绝缘性，同时能够承受温度的剧烈波动，研究人员使用一种可3D打印的玻璃陶瓷材料——Vitrolite，它满足以上特性。据悉，Vitrolite材料最早出现于20世纪初，常应用于彩色瓷砖设计中，成为装饰艺术建筑中最常见的材料。持续耐用的Vitrolite材料可承受高达800摄氏度的高温而不分解，而集成电路结构的等离子体传感器中的高分子材料会在400摄氏度时开始熔化。加西亚说：“当工作人员在无尘室中制造这种传感器时，他们不会有相同的自由度来定义材料和结构，以及它们是如何相互作用，但这可能促成增材制造的最新发展。”重新认识等离子体传感器的3D打印过程陶瓷材料3D打印过程通常涉及到激光轰击陶瓷粉末，使其融合成为各种形状结构，然而，由于激光释放的高热量，该制造过程往往会使材料变得粗糙，并产生瑕疵点。然而，麻省理工学院的科学家在该制造进程中使...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307479.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307479.htm

新型超声波技术可用于在体内3D打印植入物

新型超声波技术可用于在体内3D打印植入物打印在心脏模型内的固化声墨结构（红色）亚历克斯-桑切斯，杜克大学；姚俊杰，杜克大学；Y.ShrikeZhang，哈佛大学医学院只要树脂暴露在光线下，它就会聚合（凝固），而容器中的其他树脂则保持凝胶状态。通过移动光源，使其照射到树脂的不同部位，就可以逐渐制作出非常精细的三维物体。体积打印的限制因素之一是，要使光源到达目标，容器和树脂必须是透明的。由于人体皮肤和生物组织几乎是不透明的，光线只能透过它们到达几毫米的范围。这就意味着，目前这种技术还不能用于在体内制造植入物。考虑到这一限制，杜克大学和哈佛大学医学院的科学家们发明了一种基于声音的新技术，称为深穿透声学体积打印（DVAP）。这种技术不使用光敏树脂，而是使用一种生物相容性超声"墨水"--称为超声墨水--这种墨水在吸收超声脉冲时会升温，然后凝固。可以想象，将这种粘稠的墨水注入人体需要植入的部位，然后暴露在由外部探头战略性聚焦发出的深层超声波中。一旦植入物本身聚合成所需的形状，任何残留的墨水都可以用注射器从体内取出。根据预期的应用，声波墨水可以配制成长效或可生物降解的形式，也可以模仿不同类型的生物组织，如骨骼。在这个例子中，DAVP被用来关闭山羊心脏的左心房附壁，从而降低了在心脏内部形成血栓的风险杜克大学的姚俊杰；哈佛大学医学院的张世玉在迄今为止进行的实验室测试中，科学家们已经利用DVAP技术封闭了山羊心脏的一部分（治疗非瓣膜性心房颤动时需要），修复了鸡腿上的骨骼缺损，并在肝脏组织内打印出了化疗药物分配水凝胶。杜克大学副教授姚俊杰说："由于我们可以通过组织进行打印，这使得传统上涉及侵入性和破坏性方法的外科手术和治疗有了很多潜在的应用。这项工作为3D打印领域开辟了一条令人兴奋的新途径，我们很高兴能共同探索这一工具的潜力。"有关这项研究的论文最近发表在《科学》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403075.htm