日前，媒體記者采訪了數(shù)拉來自全球一流大學(xué)諸如加州大學(xué)伯克利分校、克蘭菲爾德大學(xué)、伯明翰大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)等大學(xué)的教授，請他們向我們介紹一些新的增材制造研究發(fā)展以及他們希望在2019年看到的進步，讓我們深入了解了2019年對增材制造業(yè)的看法。

在增材制造/3D打印的研究中的工作進展？

RMIT大學(xué)工程學(xué)院Kate Fox教授：

在RMIT大學(xué)的增材制造中心，我們在增材制造方面進行了大量的研究工作，涉及一系列行業(yè)和合作伙伴，旨在設(shè)計和制造更好的3D產(chǎn)品。

我們在醫(yī)學(xué)植入物方面擁有強大的研究主題，我們發(fā)現(xiàn)我們的基于晶格的醫(yī)療植入技術(shù)可以設(shè)計成在應(yīng)力和應(yīng)變特性方面更好地類似于硬組織。我們也在研究開發(fā)新的植入材料，包括新鈦合金，甚至是用于生物界面的新材料，如金剛石。我們繼續(xù)沿著即時植入技術(shù)的道路前進，我們的目標(biāo)是在很短的時間內(nèi)制造和打印植入物。在醫(yī)療應(yīng)用之外，我們還在研究Inconel晶格的特性以及復(fù)層和修復(fù)技術(shù)。

在Kate Fox博士的研究中，一個用于金剛石涂層的空心3D打印鈦立方體。

加州大學(xué)伯克利分校機械工程系Hayden Taylor教授：

我們與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的合作伙伴一起展示了一種新的3D打印流程，其靈感來自計算機斷層掃描（CT）原理。CT廣泛用于3D成像，但在制造過程中還沒有得到廣泛應(yīng)用。

通過我們的新工藝，計算軸向光刻（CAL），我們已經(jīng)證明，通過將材料暴露于來自不同角度（通常> 1000個投影）的光投影中，可以在光聚合物中快速創(chuàng)建3D對象。優(yōu)點包括能夠打印比基于層的工藝更廣泛的材料（從非常高粘度的樹脂到軟水凝膠）；能夠在沒有固體支撐的情況下打印懸垂結(jié)構(gòu)（液體是支撐物;我們已經(jīng)證明沒有支撐跨度可達25毫米）；以及在預(yù)先存在的固體物體周圍打印的能力。這項研究的論文刊登在《Science》上。

加州大學(xué)伯克利分校用新3D打印方法打印出來的“思想家”塑像。

美國國立大學(xué)醫(yī)學(xué)和牙科功能材料系Paul Dalton博士：

我致力于高分辨率3D打印具有微尺度特征的物體，使用一種稱為“熔融電解（來自靜電寫入）”的技術(shù)。它使用電流體動力學(xué)現(xiàn)象，通過給流體充電以防止噴射破裂，允許以低流速建立流體柱。當(dāng)使用熔體時，這些流體噴嘴冷卻并固化成微觀結(jié)構(gòu)，這是微擠出技術(shù)無法實現(xiàn)的。例如，FDM的最小打印分辨率約為50μm，而熔融電解能力可以從0.8μm到100μm不等，并且在使用單個噴嘴進行打印時會改變此尺寸。它是一種新型的增材制造技術(shù)，具有令人振奮的未來，特別適合于生物醫(yī)學(xué)工程和過濾應(yīng)用的多孔對象。

波士頓大學(xué)機械工程系Will Boley教授：

最近，我參與了各種非常令人興奮的項目，為軟機器人、電子和光學(xué)設(shè)備打印新材料和設(shè)備。這些項目包括用作強軟驅(qū)動器的液晶彈性體、軟導(dǎo)體的混合3D打印，用于軟電子的剛性集成電路元件，以及用于光學(xué)應(yīng)用結(jié)構(gòu)的高運行溫度直接墨水寫入（HOT-DIW）。

克蘭菲爾德大學(xué)Filomeno Martina博士：

在2018年，我們在各種金屬合金中生產(chǎn)了幾種大型初級結(jié)構(gòu)。最重要的成果包括一個2米x 1.5米x 0.5米的航空航天框架，采用Ti64制造，采用創(chuàng)新的局部屏蔽裝置，帶有集成的專有監(jiān)控傳感器，如在原位沉積和實際沉積期間能夠監(jiān)控其形狀的激光干涉儀。

此外，還建造了一個用于下一代航天器的原型壓力容器，高度為1米，質(zhì)量為40千克，并成功進行了測試。所有這些部件都是使用我們自己開發(fā)的新CAM軟件編程和構(gòu)建的。重點是刀具軌跡的自動生成，以及所有工藝參數(shù)的自動計算，這些參數(shù)都是圍繞刀具軌跡本身變化的，達到100%的密度，無缺陷，并根據(jù)CAD文件正確的幾何形狀。

這在大規(guī)模增材制造領(lǐng)域是聞所未聞的，它是快速工業(yè)化提升所需的關(guān)鍵因素。否則，AM運營商需要數(shù)年才能學(xué)會如何成功制造這些大型零件。今年，我們將通過我們新推出的WAAM3D將這款新軟件和高級硬件商業(yè)化，將15年的專業(yè)知識傳授給所有希望打造優(yōu)質(zhì)金屬零件的人。

密歇根理工大學(xué)Joshua M. Pearce教授：

去年，密歇根技術(shù)開放可持續(xù)發(fā)展技術(shù)研究小組繼續(xù)使用開源3D打印機制造高端科學(xué)設(shè)備，如低成本微操縱器和半導(dǎo)體槽模沉積系統(tǒng)。后者可以用25美分的3D打印部件取代4000美元的設(shè)備。我們還完成了一項關(guān)于3D打印部件化學(xué)兼容性的主要研究，因此它們可用于在潔凈室中的極端環(huán)境中進行更高級的化學(xué)反應(yīng)。

另一方面，我們已經(jīng)做了很多工作，使用再生材料更容易進行3D打印。我們開發(fā)了一款3D打印的設(shè)備，稱為RepRapable recyclebot，它可以將廢塑料變成有價值的高質(zhì)量3D打印長絲。這具有很大的經(jīng)濟意義，就像我們將3D打印電子廢物放入昂貴的相機設(shè)備中。

為了供給這個系統(tǒng)并允許復(fù)合材料（如廢木塑料復(fù)合材料），我們還制作了一個開源的3D打印造粒機?？梢允褂萌廴陬w粒制造的3D打印機直接從回收的顆粒，再研磨中進行打印。這種系統(tǒng)將3D打印材料的成本降低到每公斤僅幾美分，這對發(fā)展中國家和人道主義危機應(yīng)對以及打印大型物體尤為重要。

伯明翰大學(xué)冶金與材料加工學(xué)院Moataz Attallah教授：

功能結(jié)構(gòu)和材料的增材制造開始顯示其潛力。使用4D打印生成結(jié)構(gòu)，從形狀和材料兩方面利用其功能。4D打印涉及使用3D打印來生成在受外部刺激影響時隨時間變化的結(jié)構(gòu)。因此，打印材料需要是功能性（智能）材料。

2016年，我們發(fā)表了關(guān)于形狀記憶合金（TiNi合金）的AM的報告。由于發(fā)生相變，TiNi合金在暴露于溫度時會改變形狀，這在以前是用于致動器和自擴張/充氣結(jié)構(gòu)的材料。使用3D打印，我們可以創(chuàng)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。繼這項工作之后，我們獲得了EPSRC的資助，致力于TiNi基支架合金的3D打印;這些結(jié)構(gòu)會在動脈中膨脹，以清除狹窄。

我們還一直致力于磁性材料的3D打印，用于量子計量應(yīng)用的磁屏蔽。

我們還發(fā)布了一些關(guān)于藥物分配醫(yī)療植入物3D打印的報告。

紐約哥倫比亞大學(xué)機械工程與數(shù)據(jù)科學(xué)Hod Lipson教授

我們將研究重點集中在兩個相對商業(yè)化的領(lǐng)域，一個領(lǐng)域是食品打印——特別是多種成分，結(jié)合使用激光烹飪。雖然食品打印仍處于初期階段，但我相信它是AM的理想選擇：復(fù)雜、按需消費和家庭。事實上，大多數(shù)人不在家制造任何東西，但每個人都在制作食物。當(dāng)您將健康應(yīng)用與生物識別和個人醫(yī)學(xué)相結(jié)合時，這尤其令人興奮。

我們關(guān)注的第二個領(lǐng)域是使用嵌入式電子設(shè)備進行打印。制造復(fù)雜的集成功能系統(tǒng)而不是無源部件是一項具有挑戰(zhàn)性且超越行業(yè)視野的挑戰(zhàn)。但一旦解決了這個問題，我們就可以開辟許多新的應(yīng)用。

此外，AI和AM的結(jié)合是天作之合，許多CAD公司正在探索這個問題，這塊蛋糕很大。

由藍色激光烘烤的面團。

華盛頓州立大學(xué)機械與材料工程學(xué)院Amit Bandyopadhyay教授：

在過去的三十年中，AM或3D打印技術(shù)的開發(fā)專注于在一個制造操作中生產(chǎn)簡單和復(fù)雜的形狀。在某些情況下使用拓撲優(yōu)化可以將多個部件合并為一個部分。但是，在大多數(shù)情況下，這些部件可以通過傳統(tǒng)的制造工藝制造（可能使用多個步驟），AM主要在小批量生產(chǎn)或設(shè)計優(yōu)化上節(jié)省時間。

2019年和下一個十年將看到AM應(yīng)用于無法完成的領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域，零件實際上是為AM設(shè)計的，并且是在一次操作中制造的。這將在多材料AM的幫助下發(fā)生，其中零件內(nèi)的成分將根據(jù)所需的特性/性能而變化。在我們的工作中，我們正在研究如何使用AM操作將多種金屬/合金或金屬與陶瓷合并在一起。如果成功，這種方法將消除目前實踐的不同金屬部件的各種連接操作。我堅信這就是AM在未來十年的發(fā)展方式。

希望在2019年看到增材制造/ 3D打印的哪些進展？

RMIT大學(xué)工程學(xué)院Kate Fox教授：

在2019年，我希望在增材制造中看到更多的創(chuàng)造力和專利，特別是在醫(yī)療設(shè)備和植入物方面。隨著新材料和設(shè)計不斷涌入學(xué)術(shù)文獻，我希望看到更多的活體評估技術(shù)和學(xué)術(shù)界以外的研究。這些3D打印植入物如何在人體內(nèi)長期存在仍然是未知數(shù)。

加州大學(xué)伯克利分校機械工程系Hayden Taylor教授：

我認為，更先進的軟件以復(fù)雜的方式規(guī)劃和控制光聚合物3D打印過程的時機已經(jīng)成熟。雖然我希望人們對聚合物的增材制造技術(shù)越來越感興趣，但更成熟的基于層的光聚合物3D打印工藝肯定會繼續(xù)受到很多關(guān)注。最近在加工技術(shù)（例如雙波長引發(fā)/抑制交聯(lián)反應(yīng)）方面取得了一些令人興奮的進展，這可能會推動軟件開發(fā)。流程規(guī)劃算法的一些機會可能包括在組件邊緣進行時間上不斷變化的灰度照明以減少“階梯”效應(yīng)，以及接近校正算法，以便創(chuàng)建具有高度異構(gòu)特征尺寸和空間密度的對象（類似于用于半導(dǎo)體光刻的軟件）。我認為這個領(lǐng)域有獨立軟件開發(fā)人員和開源貢獻的空間。我還期望在工藝技術(shù)方面看到很多創(chuàng)新，以在基于層的光聚合物打印中實現(xiàn)多材料圖案化。

美國國立大學(xué)醫(yī)學(xué)和牙科功能材料系Paul Dalton博士：

我很高興看到增材制造技術(shù)更加多樣化，而不是對那些已經(jīng)建立數(shù)十年的技術(shù)進行逐步改進。從學(xué)術(shù)角度來看，新的增材制造技術(shù)對于在各種應(yīng)用中開辟新的利基至關(guān)重要。一個例子便是CLIP / DLS的出現(xiàn)，它幾年前從一所大學(xué)里出現(xiàn)，幫助初創(chuàng)公司迅速發(fā)展起來——Carbon3D已經(jīng)開發(fā)出適用于工業(yè)應(yīng)用的CLIP / DLS。

波士頓大學(xué)機械工程系Will Boley教授：

今年，我希望看到更具復(fù)雜性和自主性的刺激響應(yīng)材料（即4D打印）的進步。我還希望通過實踐經(jīng)驗將功能性3D打印帶到教室。

克蘭菲爾德大學(xué)Filomeno Martina博士：

在2019年，我們將在幾個方面努力：教育，2019年9月推出全新的金屬增材制造理學(xué)碩士（在Erasmus +的支持下）；我們的技術(shù)商業(yè)化，使我們的廉價大規(guī)模工藝可用于工業(yè)。我們將繼續(xù)開發(fā)新方法，以實現(xiàn)優(yōu)于偽造的屬性；開發(fā)下一代定向能量沉積工藝，以達到10公斤/小時的凈幾何形狀；我們還在研究基于物理的資格框架，該框架將避免昂貴的配置控制方法。使用我們的新方法，應(yīng)該可以更快，更便宜地獲得資格認證，同時獲得工業(yè)化的好處。

密歇根理工大學(xué)Joshua M. Pearce教授：

在2019年，我希望看到免費和開源的3D打印設(shè)計數(shù)量持續(xù)呈指數(shù)增長。隨著這些設(shè)計的激增和復(fù)雜性的增加，它將繼續(xù)推動所有公司的銷售，特別是那些為實際分布式制造提供桌面系統(tǒng)的公司。

我也認為我們將開始看到許多新的市場開放。例如，3D打印機將在理療和職業(yè)治療辦公室以及養(yǎng)老院將更加普遍，針對關(guān)節(jié)炎患者的定制適應(yīng)性輔助設(shè)備?？雌饋磉@也是顆粒打印機的突破年，它可以直接從碎片廢料和顆粒上進行3D打印，成本比細絲低4-20倍。我希望在學(xué)術(shù)文獻和各種3D打印機的商業(yè)文獻中看到許多不同的新材料。

伯明翰大學(xué)冶金與材料加工學(xué)院Moataz Attallah教授：

我希望看到3D打印系統(tǒng)的成本大幅下降，使許多發(fā)展中國家能夠使用這項技術(shù)。我曾在幾個國家參加過3D打印論壇，好些國家覺得投資昂貴的3D打印不太現(xiàn)實，比如巴西、埃及。我希望機器開發(fā)人員考慮如何使技術(shù)更實惠。

我還希望更好地處理金屬3D打印的浪費問題——金屬粉末難以回收，甚至難以分離。我希望看到制造商、粉末生產(chǎn)商與學(xué)者和科學(xué)家一起努力，開發(fā)零廢粉的增材制造方法。這些機器的浪費極難處理，包括在水或油基過濾器中形成的污泥，以及不能再循環(huán)的粉末。

紐約哥倫比亞大學(xué)機械工程與數(shù)據(jù)科學(xué)Hod Lipson教授：

更便宜的金屬3D打印。

華盛頓州立大學(xué)機械與材料工程學(xué)院Amit Bandyopadhyay教授：

我希望看到CAD用于多材料AM的進步。我還希望看到AM技術(shù)中嵌入更多的機器學(xué)習(xí)方法。