狂發Science，市值上千億！這個技術真的能改變世界嗎？
ivvi
納米人
2021-04-05
2012年，英國《經濟學人》宣稱：3D打印技術將引發全球第三次工業革命。2013年，麥肯錫公司將3D打印列為12項顛覆性技術之一，并預測到2025年，3D打印技術將影響全球超過2千億美元的新經濟。技術是硬道理！3D打印技術的快速發展，從本質上都是技術驅動的。從最早的SL立體光刻技術，到FDM熔融沉積成型技術，到SLS選擇性激光燒結技術，再到最新的TPP雙光子光聚合技術和CAL計算機軸向光刻技術等等等等，新技術如雨后春筍，層出不窮，使得打印成本在不斷下降，打印速度在不斷加快，打印精度持續提高，打印材料不斷豐富，包括各種液體、高分子、陶瓷、水泥、金屬、碳纖維等等。三維成型，不需要逐層打印，直接一次性打印3D物體，實現了真正意義上的3D打印。可創建比傳統3D打印機更平滑，更靈活和更復雜的對象，原料幾乎100%可重復使用。
https://science.sciencemag.org/content/363/6431/1075為了實現更快、更高分辨率的3D打印，德國科學家發明一種全新的Xolography技術，不需要將打印材料逐層打印，工藝流程更加簡單，打印速度更快，固化速度達到55 mm3/s，分辨率達到 25 μm。此外，VAM還可以生產更高質量的零件，不需要像其他3D打印技術那樣先打印支撐結構，然后將其去除。https://science.sciencemag.org/content/366/6463/360立體凹版3D打印技術使用一個移動的液體界面)來減少界面和打印對象之間的粘附力，從而實現連續的快速打印過程，而不考慮聚合物前驅體，連續的垂直打印速率超過每小時430mm，適用于硬塑料、陶瓷前體和彈性體，堪稱3D打印技術的革命性突破！https://science.sciencemag.org/content/366/6463/360超快激光打印技術，在保持亞微米分辨率的同時，還可以大幅度提高打印速度，使得打印產量提高了三個數量級，并擴展了設計空間，能夠在8分鐘內打印出傳統TPL方法幾個小時才能完成的結構。https://science.sciencemag.org/content/366/6461/105投影立體光刻（projection stereolithography）3D打印技術，在幾分鐘就可在透明光聚合水凝膠中制備處具有三維內部功能結構的血管系統，為生物器官的3D打印技術兼顧多種不同的管道系統，提供了革命性的方案。https://science.sciencemag.xilesou.top/content/364/6439/458基于水凝膠材料，針對膠原蛋白進行3D生物打印，在不同尺度上直接打印出具有精確組成和微觀結構的心臟組織成分，從毛細血管到整個器官，都得以實現人工重構。https://science.sciencemag.org/content/365/6452/482發展了一種3D打印SiO2氣凝膠宏觀物體的新方法，為SiO2氣凝膠的規模化應用打開了一扇大門。https://www.nature.com/articles/s41586-020-2594-0一種基于納米成核劑實現3D打印鋁合金的普適性金屬3D打印技術，適合一系列合金材料和3D打印設備，具有良好的普適性。為不可焊接的超級鎳合金或鎳基間金屬提供了3D打印的可能。https://www.nature.com/articles/nature23894一種3D打印透明熔融石英玻璃的新技術，擴寬了3D打印對原材料的選擇，使得在工業和科研領域應用宏觀和復雜微觀結構透明熔融石英玻璃成為現實！http://www.nature.com/nature/journal/v544/n7650/full/nature22061.html利用晶體材料中發現的硬化機制，通過模仿晶體材料的微尺度結構，利用3D打印技術來開發強度大且耐損傷的結構化材料。https://www.nature.com/articles/s41586-018-0850-3通過簡單的工藝，實現3D打印具有精細鈦晶粒微觀結構的鈦銅合金。相比常規合金，具有更優異的力學性能。https://www.nature.com/articles/s41586-019-1783-1以液晶高分子為原料，通過3D打印技術，可以獲得兼具高韌性、高剛度和高強度的可回收輕質聚合物，解決了常規高分子3D打印力學性能較差的問題。https://www.nature.com/articles/s41586-018-0474-73D打印徹底改變了電子，光學，能源，機器人，生物工程和傳感的制造工藝。小尺寸的3D打印技術能夠充分利用微結構和納米結構的特性。但是，現有的金屬3D納米打印技術均需要聚合物-金屬混合物，金屬鹽或流變油墨，從而限制了材料的選擇和所得結構的純度。在先前的研究中，氣溶膠光刻技術已被用于在預先圖案化的襯底上組裝高純度的三維金屬納米結構陣列，但所制備的幾何形狀有限。近日，韓國首爾國立大學的Mansoo Choi教授和浦項科技大學的Junsuk Rho教授等發展了一種可以使用各種材料直接3D打印金屬納米結構陣列的技術，該陣列具有靈活的幾何形狀和小至數百納米的特征尺寸。結合其他3D打印方法，研究者希望該3D納米打印技術能夠在納米制造方面取得實質性進展，加大3D打印技術在更廣泛領域的應用潛力。1、發展了使用帶電的氣溶膠作為構建基塊的3D打印技術。3、可以制備各種類型的納米材料，包括螺旋、懸垂的納米柱、環結構和字母等。4、該技術有兩種打印模式：尖端3D增長和表面書寫。通過結合兩種模式，成功地制造出具有磁共振的垂直SRR結構。5、開發了與實驗數據一致的物理模型，并結合其他3D打印方法，以期該技術能夠在納米制造方面取得實質性進展。整個3D印刷過程在干燥的氣氛中進行，不再需要聚合物或墨水。取而代之的是，將離子和帶電的氣溶膠顆粒引導到一個電介質掩模上，在偏置的硅基板上的懸浮著一系列孔洞。離子在每個孔周圍聚集，生成靜電透鏡，隨后將帶電的氣溶膠顆粒聚焦成納米級噴射流。這些射流由會含孔掩模下形成的聚電場線引導，其作用類似于常規3D打印機的噴嘴，可將氣溶膠顆粒3D打印到硅基板上。通過在打印過程中移動基材，成功地打印了各種3D結構，包括螺旋、懸垂的納米柱、環和字母。除此之外，研究者也打印了一組垂直裂環諧振器結構，展示了該技術的普適性。這項研究進一步發展了3D打印技術，極大地豐富了3D打印物體的幾何形狀，為3D打印技術千億產業鏈，注入了新的活力！圖2表面書寫模式打印的3D等離子體超材料的光學表征任何技術的發展，都是建立在前人的肩膀上。被驚為天人的3D打印技術，也并非天外來物。早在19世紀，3D打印技術就開始萌芽。直到1986年，美國人Charles W. Hull開創了世界第一家3D打印公司：3D Systems（采用SL立體光刻技術）；1989年，美國人Scott Crump成立Stratasys公司（采用FDM熔融沉積成型技術）。隨后，3D打印技術風生水起，如火如荼！3D打印實際上是利用光固化和層疊等技術的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。從生活用品到火箭和飛船零配件，從汽車到別墅，甚至是心臟等醫學器官，3D打印似乎無所不能。根據《2019年全球及中國3D打印行業數據》調研報告指出，2019年全球3D打印產業規模達119.56億美元，增長率為29.9%。照此估算，2021年，全球3D打印市場將超過千億元人民幣。Jung, W., Jung, YH., Pikhitsa, P.V. et al. Three-dimensional nanoprinting via charged aerosol jets. Nature 2021, 592, 54–59.DOI：10.1038/s41586-021-03353-1https://doi.org/10.1038/s41586-021-03353-1
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