創(chuàng)新六：3D打印技術(shù)制造馬氏體模具鋼

     傳統(tǒng)加工工藝中，一方面，高端模具鋼的原材料方面是長(zhǎng)久制約我國(guó)模具發(fā)展的一塊短板。另一方面，模具在經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)機(jī)械加工后，一般要經(jīng)過(guò)淬火、回火 處理，而模具的形狀十分復(fù)雜，因此要求較高的淬透性、較小的變形及較低的開(kāi) 裂傾向性。用傳統(tǒng)方法制造模具有生產(chǎn)周期長(zhǎng)，模具的淬透性差，模具在淬火過(guò)程中開(kāi)裂導(dǎo)致報(bào)廢等挑戰(zhàn)。

     為解決現(xiàn)有制模技術(shù)中的工序復(fù)雜、成本高以及報(bào)廢率大等問(wèn)題。南京航空航天大學(xué)通過(guò)調(diào)整激光加工過(guò)程工藝參數(shù)，改善成形模具晶粒粗大問(wèn)題，從而改善其機(jī)械性能。利用Mn、Ni、Cr等合金元素穩(wěn)定過(guò)冷奧氏體，在激光加工極大的冷卻速度下得到組織均勻的馬氏體，從而省去了后續(xù)的“淬火”過(guò)程，激光加工完畢后，成形模具被傳送裝置送入真空熱處理室完成回火過(guò)程以釋放其內(nèi)應(yīng)力，從而得到具有均勻、細(xì)小的回火馬氏體組織的成形模具。

     除了粉末制備，激光加工過(guò)程控制以及后期的熱處理，南京航空航天大學(xué)的研究中還涉及到更為細(xì)膩嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年P(guān)于激光掃描速度V對(duì)熔池的過(guò)冷度和凝固速度的研究，冷卻速度對(duì)淬火效應(yīng)和馬氏體相變的影響，相變應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用下，晶格常數(shù)所受到的影響等等。

浙江大學(xué)

創(chuàng)新七：基于三維打印的無(wú)泵驅(qū)動(dòng)微流控芯片

     微流控芯片又被稱(chēng)為芯片實(shí)驗(yàn)室，是一種在微米尺度上對(duì)流體進(jìn)行操控的技術(shù)。該技術(shù)將化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室的基本功能微縮到了一個(gè)只有幾平方厘米大小的芯片之上。通過(guò)分析化學(xué)、微機(jī)電加工、計(jì)算機(jī)、電子學(xué)、材料系及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的交叉，實(shí)現(xiàn)從樣品處理到檢測(cè)的微型化、自動(dòng)化、集成化及便攜化。微流控芯片具有多種單元技術(shù)靈活組合和大規(guī)模集成的特點(diǎn)，這樣便能以少量樣品獲得極大的信息量，更有可能超越單一的分析功能，成為一個(gè)整體微型多元操作平臺(tái)。目前，微流控芯片因其在微型化、自動(dòng)化、集成化和便攜花方面的巨大潛力，已經(jīng)被逐步應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)及污染物分析技術(shù)的研發(fā)中，并取得一系列重要進(jìn)展。

     浙江大學(xué)利用FDM三維打印技術(shù)制作基底，采用鋪粉的方式，來(lái)制得微流控芯片。作為優(yōu)選，所使用的粉為纖維素粉，為白色無(wú)臭無(wú)味粉末，不溶于水、丙酮、乙醇或甲苯，性質(zhì)穩(wěn)定，非常適合作為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)載體。纖維素粉的直徑大小為74-125μm，微米級(jí)別大小的顆粒聚集體具有毛細(xì)作用，通過(guò)毛細(xì)作用可以讓檢測(cè)試劑在流道里自動(dòng)流到反應(yīng)池，無(wú)需其他外力驅(qū)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)所需的條件。

     浙江大學(xué)的這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用在各種臨床檢測(cè)，具有可重復(fù)利用、無(wú)泵驅(qū)動(dòng)、流動(dòng)速度可調(diào)、流道分辨率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且加工過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，生產(chǎn)效率高，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

華中科技大學(xué)

創(chuàng)新八：具有鍛件性能的金屬零件3D打印

     華中科技大學(xué)數(shù)字裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的金屬3D打印新技術(shù)“智能微鑄鍛”，近日成功3D打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。有望改變國(guó)際上由西方國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)的金屬絲3D打印格局。

     經(jīng)由這種微鑄鍛生產(chǎn)的零部件，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和性能均穩(wěn)定超過(guò)傳統(tǒng)鑄件。同時(shí)，該技術(shù)以金屬絲材為原料，材料利用率達(dá)到80%以上。由于這一技術(shù)能同時(shí)控制零件的形狀尺寸和組織性能，大大縮小了產(chǎn)品周期。制造一個(gè)兩噸重的大型金屬鑄件，過(guò)去需要三個(gè)月以上，現(xiàn)在僅需十天左右。而且這種以金屬絲為原材料的增材制造技術(shù)，無(wú)需模具的自由近凈成形，且全數(shù)字化、高柔性，打印的零件材質(zhì)全致密、沒(méi)有宏觀偏析和縮松，具有較高的性能。

藍(lán)光英諾

創(chuàng)新九：3D生物打印技術(shù)促進(jìn)人工血管內(nèi)皮化

     2016年藍(lán)光英諾的3D生物打印血管申請(qǐng)臨床試驗(yàn)，動(dòng)物在體實(shí)驗(yàn)成功之后，下一步藍(lán)光英諾3D生物打印血管將向有關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請(qǐng)臨床試驗(yàn)。

藍(lán)光英諾3D生物打印的專(zhuān)利技術(shù)是生物磚，生物磚的技術(shù)意義在于實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的精確排布，這是人工構(gòu)建組織器官的關(guān)鍵。藍(lán)光英諾認(rèn)為已知的生物打印技術(shù)存在著缺陷。目前大多數(shù)生物打印方法均無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的精確排布，從而也不能制造出具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的微組織團(tuán)塊。與此同時(shí)，在目前已經(jīng)知曉的生物打印方法中，所使用的細(xì)胞均缺乏力學(xué)保護(hù)。因此，當(dāng)將細(xì)胞用于3D生物打印時(shí)，細(xì)胞易于因外界壓力或剪切力的傷害而受損或死亡。這大大限制了生物打印技術(shù)的應(yīng)用。

圖片來(lái)源：藍(lán)光英諾

     藍(lán)光英諾的生物磚打印技術(shù)給細(xì)胞提供了有效的力學(xué)保護(hù)，從而確保了細(xì)胞在打印過(guò)程中存活率(達(dá)到90％以上)。藍(lán)光英諾所制備的生物墨汁可在生物打印過(guò)程中實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的精確排布，實(shí)現(xiàn)組織或器官的精確生物打印。微血管是組織內(nèi)部細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及排出代謝物的唯一通道。使用生物磚構(gòu)建的人工構(gòu)建體(如人工組織)，需要能夠形成微血管，以使其內(nèi)部細(xì)胞能夠存活，內(nèi)部具備微血管是組織塊具備生物學(xué)功能的重要條件。

廣州邁普再生醫(yī)學(xué)

創(chuàng)新十：具有4D效應(yīng)的脊柱側(cè)凸內(nèi)固定矯正裝置

     現(xiàn)有的金屬類(lèi)脊柱側(cè)彎內(nèi)固定器械在Zimmer，Stryker、Medtronic 和Depuy等公司的相關(guān)專(zhuān)利及技術(shù)資料中都有提到，然而現(xiàn)有脊柱側(cè)凸手術(shù)矯形也存在一些問(wèn)題，如：假關(guān)節(jié)形成、內(nèi)固定失敗 (斷釘、棒和脫鉤等)、深部感染等；特別對(duì)于手術(shù)患者，他們的側(cè)凸程度 往往較為嚴(yán)重，醫(yī)生在制定手術(shù)方案時(shí)，往往面臨著是選擇激進(jìn)還是保守治 療的難題。

   脊柱側(cè)彎疾病有個(gè)特點(diǎn)，每個(gè)病人的脊柱變形都不盡相同，側(cè)凸角度、 旋轉(zhuǎn)角度、脊椎骨形態(tài)、側(cè)凸位置及對(duì)周邊影響、脊柱旁軟組織結(jié)構(gòu)都不盡 相同，臨床醫(yī)生有個(gè)性化器械的需求。廣州邁普再生醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)的進(jìn)步使制造更符合病人生理構(gòu)造的個(gè)性化的脊柱矯形內(nèi)固定器械成為可能。4D效應(yīng)就是3D打印材料自動(dòng)變成為預(yù)設(shè)的模型，是在3D打印的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間維度，也就是廣州邁普再生醫(yī)學(xué)的具有4D效應(yīng)的脊柱側(cè)凸內(nèi)固定矯正裝置中的4D的含義，隨時(shí)間可控變形的性質(zhì)是通過(guò)基于應(yīng)力平衡的方式實(shí)現(xiàn)的。

     廣州邁普再生醫(yī)學(xué)通過(guò)3D打印激光燒結(jié)打印技術(shù)制備鎳鈦基記憶合金材料骨架，在得到的鎳鈦基記憶合金材料骨架上沉積熱塑性材料從而制備熱塑性材料外殼或者單獨(dú)制備熱塑性材料外殼再將鎳鈦基記憶合金材料骨架與熱塑性材料外殼組合，其中所述鎳 鈦基記憶合金材料骨架的定位孔與所述熱塑性材料外殼的定位銷(xiāo)進(jìn)行配合， 從而得到功能單元。

     此外，在打印工藝方面，上海悅?cè)鸪晒ν瓿闪?00小時(shí)不間斷3D打印、一次性打印成功中空異形拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)備方面，福建物構(gòu)所，大族激光都分別推出了超快光敏樹(shù)脂3D打印機(jī)，獲得高精度的同時(shí)達(dá)到高加工效率。管理系統(tǒng)方面，上海聯(lián)泰推出了EPM打印管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)打印設(shè)備的監(jiān)控、管理、記錄與儲(chǔ)存，對(duì)訂單進(jìn)行批量排產(chǎn)，并可以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)模型，提高生產(chǎn)效益。

本文參考資料：
CAAM:Strategic roadmap for the next generation of additive manufacturing materials
NEXT GENERATION MATERIALS-by office of energy efficiency & renewable energy
Journal of International Commerce and Economics by International Trade Commission
專(zhuān)利：具有4D效應(yīng)的脊柱側(cè)凸內(nèi)固定矯正裝置及其制備方法
專(zhuān)利：一種利用激光 3D 打印技術(shù)直接獲得馬氏體模具鋼的方法

(責(zé)任編輯：admin)

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