一(yī)、科學家開(kāi)發創新的3D打印技術 用光線創造玻璃微結構
根據發表在《科學》雜(zá)志(zhì)上的一(yī)項新研究， 加州大(dà)學伯克利分(fēn)校的研究人員(yuán)開(kāi)發了一(yī)種3d打印玻璃微結構的新方法。 這種方法速度更快，生(shēng)産的物(wù)體(tǐ)具有更高的光學質量、設計靈活性和強度。
研究人員(yuán)與德國弗賴堡大(dà)學的科學家們合作，擴展了他們三年前開(kāi)發的3d打印工(gōng)藝--計算軸向光刻技術（cal）的能力，以打印更精細的特征，并在玻璃中(zhōng)打印。他們把這個新系統稱爲“micro-cal”。
玻璃通常是制造複雜(zá)微觀物(wù)體(tǐ)的首選材料，包括智能手機和内窺鏡中(zhōng)使用的小(xiǎo)型高質量相機的鏡頭，以及用于分(fēn)析或處理微量液體(tǐ)的微流體(tǐ)裝置。然而，目前的制造方法可能是緩慢(màn)的、昂貴的，而且在滿足該行業日益增長的需求方面能力有限。
cal工(gōng)藝與今天的工(gōng)業3d打印制造工(gōng)藝有根本的不同，後者是用薄薄的材料層建立起物(wù)體(tǐ)。這種技術可能會耗費(fèi)大(dà)量時間，而且會導緻粗糙的表面紋理。然而，cal是同時對整個物(wù)體(tǐ)進行3d打印的。研究人員(yuán)使用激光将光的模式投射到旋轉的光敏材料中(zhōng)，建立起一(yī)個三維光劑量，然後凝固成所需的形狀。cal工(gōng)藝的無層性使得光滑的表面和複雜(zá)的幾何形狀成爲可能。
這項研究突破了cal的界限，展示了其在玻璃結構中(zhōng)打印微尺度特征的能力。“當我(wǒ)們在2019年首次發表這種方法時，cal可以将物(wù)體(tǐ)打印到聚合物(wù)中(zhōng)，其特征大(dà)小(xiǎo)約爲三分(fēn)之一(yī)毫米，”加州大(dà)學伯克利分(fēn)校的主要研究人員(yuán)和機械工(gōng)程教授 hayden taylor說。
“現在，通過micro-cal，我(wǒ)們可以在聚合物(wù)中(zhōng)打印物(wù)體(tǐ)，其特征小(xiǎo)到約2000萬分(fēn)之一(yī)米，或約爲人類頭發寬度的四分(fēn)之一(yī)。而且，我(wǒ)們首次展示了這種方法不僅可以在聚合物(wù)中(zhōng)打印，還可以在玻璃中(zhōng)打印，其特征可縮小(xiǎo)至約五千萬分(fēn)之一(yī)米。”
爲了打印玻璃，taylor和他的研究團隊與弗賴堡大(dà)學的科學家們合作，他們開(kāi)發了一(yī)種特殊的樹(shù)脂材料，其中(zhōng)含有玻璃的納米顆粒，周圍是光敏的粘合劑液體(tǐ)。來自打印機的數字光投射使粘結劑凝固，然後研究人員(yuán)對打印的物(wù)體(tǐ)進行加熱，以去(qù)除粘結劑，并将顆粒融合在一(yī)起，成爲純玻璃的固體(tǐ)物(wù)體(tǐ)。
taylor說：“這裏的關鍵因素是，粘合劑的折射率與玻璃的折射率幾乎相同，因此，光線通過材料時幾乎沒有散射。cal印刷工(gōng)藝和這種glassomer （gmbh）開(kāi)發的材料是彼此的完美結合。”
研究小(xiǎo)組還進行了測試，發現cal打印的玻璃物(wù)體(tǐ)比使用傳統的基于層的打印工(gōng)藝制造的物(wù)體(tǐ)具有更穩定的強度。 taylor說：“當玻璃物(wù)體(tǐ)含有更多的缺陷或裂縫，或有一(yī)個粗糙的表面時，它們往往更容易破碎。因此，與其他基于層的3d打印工(gōng)藝相比，cal制作表面更光滑的物(wù)體(tǐ)的能力是一(yī)個很大(dà)的潛在優勢。”
cal的3d打印方法爲微觀玻璃物(wù)體(tǐ)的制造商(shāng)提供了一(yī)種新的和更有效的方法，以滿足客戶對幾何形狀、尺寸和光學及機械性能的苛刻要求。具體(tǐ)來說，這包括微觀光學部件的制造商(shāng)，這些部件是緊湊型相機、虛拟現實頭顯、高級顯微鏡和其他科學儀器的關鍵部分(fēn)。 taylor說：“能夠以更快的速度和更大(dà)的幾何自由度制造這些部件，有可能帶來新的設備功能或更低的成本。”
二、誰發明史上首台3D打印機
1986年，hull成立了一(yī)家名爲3d systems的公司開(kāi)始在市場上銷售他的“快速成型”機器，這時候它已經開(kāi)始被人們稱爲“3d打印機”或者“增材制造”機器。據我(wǒ)了解，愛司凱也是做3d打印行業的。
三、3D打印機技術發展曆史能簡單概括一(yī)下(xià)嗎(ma)？
早期的增量制造設備和材料在20世紀80年代發展起來。1981年，名古屋市工(gōng)業研究所的小(xiǎo)玉秀男發明了兩種利用光硬化聚合物(wù)的增材制造三維塑料模型的方法，其紫外(wài)線照射面積由掩模圖形或掃描光纖發射機控制。之後在1984年，三維系統公司的查克·赫爾（chuck hull）發明了立體(tǐ)光刻，用紫外(wài)激光固化高分(fēn)子光聚合物(wù)，将原材料層疊起來。hull稱這一(yī)程序可以“通過創建打印目标物(wù)體(tǐ)每部分(fēn)之間的聯系來打印三維物(wù)體(tǐ)”，但該程序已由小(xiǎo)玉發明。hull的貢獻是設計了stl（立體(tǐ)光刻）文件格式，該格式被廣泛應用于3d打印軟件和電(diàn)子切片與填充。“3d打印”這個術語最早是指使用标準的傳統噴墨打印機噴頭的流程，到現在爲止，大(dà)部分(fēn)3d打印機，特别是3d打印愛好者使用的和針對消費(fèi)者設計的3d打印機，使用的大(dà)都是采用熔融沉積建模法（這是塑料擠出的特殊應用）。
針對金屬燒結或金屬熔化（例如選擇性激光燒結，直接金屬激光燒結和激光選區熔化）技術的增量制造在20世紀80年代和90年代通常采用不同的名稱。盡管大(dà)量自動化技術當時已經被運用到幾乎所有金屬加工(gōng)産品都需要經過的澆鑄、制造、沖壓、加工(gōng)等程序中(zhōng)（如機器人焊接、計算機數值控制技術（cnc）的應用），隻用一(yī)件工(gōng)具或一(yī)個噴頭就可以完成從原材料到成品全過程的想法還是隻能讓大(dà)多是人聯想到金屬切削（而不是增添）的過程，例如數控銑削，數控電(diàn)火(huǒ)花加工(gōng)和其他程序。但am類型的燒結已經開(kāi)始挑戰這個假設。到了上世紀90年代中(zhōng)期，史丹佛大(dà)學和卡内基梅隆大(dà)學開(kāi)發出了材料沉積新技術，包括微鑄造和噴塗材料。犧牲材料和支撐材料也變得越來越普遍，讓新的幾何物(wù)體(tǐ)可以加工(gōng)。
“增量制造程序”這個雨傘術語在21世紀的頭一(yī)個十年逐漸流行，因爲各種增量制造程序都在逐漸成熟，金屬切削很快将不再是金屬加工(gōng)過程唯一(yī)可以使用技術。在這個十年中(zhōng)，爲了滿足機器制造（金屬切削是其永恒的話(huà)題）的需求，“減量制造”應運而生(shēng)。然而，同時期，3d打印在大(dà)多數人心中(zhōng)隻是一(yī)種聚合物(wù)工(gōng)藝，增量制造這一(yī)術語可能更多地應用于金屬加工(gōng)制造背景下(xià)，而不是聚合物(wù)，噴墨打印或是立體(tǐ)平闆印刷領域。“減量制造”并沒有取代“加工(gōng)”，而是在切削方法方面對“加工(gōng)”這一(yī)術語進行了補充。
21世紀早期，“3d打印”和“增量制造”在涵義上有所發展，代指所有增量制造技術。盡管這與早期所指代的意義有所區别，但仍反映出3d工(gōng)作流程在自動化控制下(xià)将材料層疊堆積的共同特點。（其他術語通常被視爲增量制造的同義詞或上義詞，例如“桌面制造技術”、“快速制造技術”（是“快速成型技術”的發展），和“即時制造技術”（模仿了二維按需印刷技術））。在2010到2020年這10年，發動機托架和大(dà)号螺母等金屬部件在分(fēn)批生(shēng)産上會有所增加（在加工(gōng)前或取代加工(gōng)程序），不再從屬于棒料或金屬闆加工(gōng)。
