面向未來的3D打印材料與打印技術

南極熊認為目前3D打印行業(yè)進入了快速成長期，伴隨著行業(yè)的成長，材料技術的提升也催化了行業(yè)應用走向成熟。站在今天，我們不由得好奇將來那些3D打印材料會成為主導，推動整個行業(yè)的發(fā)展。

市場研究機構Research and Market預測3D打印材料市場將從2016年的5.3 億美金快速成長到2021年的15億美金的市場規(guī)模.那么，3D 打印材料市場上究竟將誰主沉浮？參考3D打印服務平臺Sculpteo選出的十大材料。

記憶性的多材料聚合物（4D打�。�

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

記憶是一種特別有用的特性，因為它允許物體在不同的柔軟程度、彈性狀態(tài)下進行切換。在這種特殊的情況下，即使室溫也可以“凍結”這些材料，使之呈現(xiàn)出不同的形狀，而一個稍高的溫度又可以使這些材料瞬間“彈”回堅實的狀態(tài)。

這種材料在太陽能、醫(yī)療和太空探索領域具有應用前景，包括軟性驅動器、藥物膠囊、太陽能板角度調節(jié)器等。

定制化藥物打印

打印小的分子一直是化學領域的關鍵話題，Burke Laboratories發(fā)明了可以打印分子級別的3D打印機，也就是說這臺機器能夠生產自動化的化學合成。

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

導電材料打印
使用3D打印，弗吉尼亞理工大學通過微光固化技術打印了毫米大小的3D對象，材料是離子液體制成的導電聚合物。打印對象小到25μm，潛在的應用涉及到人類細胞。事實上，這種技術可以讓工程師打印導電元件甚至組織支架。該團隊計劃進一步探討材料可能改變的特性，包括機械和導電性能。

3D打印骨植入物、組織和器官
約翰霍普金斯大學的研究人員研發(fā)出了一個成功的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打印技術創(chuàng)建所需的形狀。

至于組織和器官，維克森林大學（Wake Forest University）再生醫(yī)學研究所的科學家已經開發(fā)出可以制造器官、組織和骨骼的3D打印機，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胞。

3D打印的環(huán)保材料
ABS塑料，主要通過FDM打印機來使用，是目前最常見的塑料。然而，它不完全是環(huán)保的，在煙霧融化時釋放有害的氣體�？偛课挥谀侥岷诘� Additive Elements，一直致力于安全、生物為基礎的材料，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環(huán)境無害。

碳納米管
市場調研機構Lux Research預測，2016年排名前三的趨勢是碳納米管產品，以軟件為基礎的可編程與智能化材料，以及IoT物聯(lián)網發(fā)展帶來的嵌入式材料打印需求與技術升級。Lux Research還預測碳納米管材料和3D打印碳納米管將走向先進材料市場的主場。

碳納米管的圓柱形碳分子具有優(yōu)良的導熱性能、力學性能和電學性能，使他們在納米技術領域－nanotechnogloy、半導體領域、電子領域、光學和材料科學等領域具有極大的潛力。

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打印長絲，該長絲可以用于幾乎任何FDM / FFF桌面型3D打印機加熱與搭建平臺，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成的單層片狀結構的二維材料：它是有史以來最薄的材料，只有一個碳原子厚度；也是有史以來最強的材料，強度是一般結構鋼的200倍。石墨烯幾乎是完全透明的，但結構非常致密，即使是最小的氦原子都不能穿過它。而且它與人類細胞組織相容。

用于醫(yī)學：西北大學團隊往石墨烯打印的支架上注入了干細胞，最終的結果相當出色。首先，細胞存活了下來，然后繼續(xù)分裂、增殖并轉化成類似神經元的細胞。

用于LED：石墨烯3D實驗室的Romulus III可以打印有機LED光源，該獨特工藝是通過石墨烯涂層透明導體來制作的。這種功能性打印機將貼近人們的實際生活和實際需求，為更多的基于此項技術的創(chuàng)新產品打開了一扇大門。

用于電容：美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）與加州大學圣克魯茲分校的科學家們通過3D打印石墨烯超級電容讓定制化電子產品成為可能。澳大利亞斯威本大學（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用廣泛的能源存儲技術（從技術上講，是一種超級電容器），可容納更大的電荷能量，并且在一秒鐘內完成充電。

另外，英國的Haydale Graphene Industries還推出了石墨烯增強PLA絲材，提高了PLA材料的強度和剛性。

除此之外，補充Sculpteo的評選如下：

納米液滴
蘇黎世聯(lián)邦理工大學的“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 實驗室發(fā)明了可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方，這種樹脂在3D打印后經過過火可以生成致密的陶瓷部件。

動態(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打印出來的，通過將3D打印的精度控制到極其細微的程度。這對于動力學是個創(chuàng)新領域，改變了以往我們需要電機或者其他的動力裝置才能使得物體發(fā)生移動的現(xiàn)狀。

離子膜
美國賓夕法尼亞州立大學的科學家使用3D打印技術制作的離子交換膜模型是第一個可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個簡單的并聯(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。

纖維增強樹脂復合材料

為了充分控制復合材料微觀結構的分布和方向，英國Bristol大學找到了代替熔融長絲的3D打印復合材料的方法，該方法是基于光敏樹脂技術的3D打印技術。通過超聲波用來誘導材料的微觀結構排列，通過激光束用來固化環(huán)氧樹脂，請關注南極熊3d打印網。

來源：3d科學谷

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