关注南极熊，知晓3D打印天下事

导读：在南极熊的3D打印报道内容中，普通的FDM、SLA、DLP、SLM等技术的3D打印可以经常看到。但是，有一些新的高技术的3D打印机，目前还比较少信息出现。南极熊希望，通过本视频，读者可以初步了解：高速大尺寸光固化3D打印、大型建筑3D打印、磁性流3D打印、微纳级3D打印、容积3D打印、大型龙门架活动式FDM 3D打印、星际之门火箭金属3D打印 等7项高新技术。
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△视频：7款与众不同的高技术3D打印机

视频里所提到的3D打印技术，南极熊均有详细报道：

⑦高速大尺寸光固化3D打印HARP

2019年10月17日，美国西北大学的研究人员宣布开发出一种大尺寸的高速3D打印机，可以在短短几个小时内打印出一个成年人大小的物体。这项新技术被称为HARP (high-area rapid printing高速大尺寸3D打印），可实现创纪录的生产效率，并且是个性化生产。在过去的30年中，3D打印领域的大多数努力都旨在突破传统技术的极限。通常是追求更大零件，但是会降低速度、产量和分辨率。有了HARP技术，就不需要考虑这些问题，不但可以实现高分辨率，还可以实现高产能，对传统的3D打印技术产生强大的竞争优势。

详见《高速大尺寸光固化3D打印技术登上《Science》，HARP会超越Carbon3D吗？》https://www.nanjixiong.com/thread-136768-1-1.html

⑥大型建筑3D打印

 
俄罗斯AMT-SPETSAVIA集团2018年8月宣布建造世界上最大的3D建筑打印机。这部打印机名为S-500，建筑的长宽高分别为11.5米、11米、15米，能够打印六层高的建筑。AMT-SPETSAVIA集团宣称， S-500的打印高度可扩展到80米，若研发成功，以每层楼层高3米计算，S-500将能够打印出一幢26层高的建筑。该集团同时宣布推出S-300，其打印的建筑物长宽高分别为11.5米、11.米、5.4米，相当于在一块120平方米土地上建两层建筑，机器可以每小时2.5立方米的混凝土的速度打印。

⑤磁性流3D打印

伯克利大学实验室的科学家已经制造出一种磁性液体的新材料，为磁性软物质的科学新领域打开了大门。他们的发现可能会导致一类革命性的液态3D打印设备，可用于各种用途，从提供靶向癌症疗法的人造细胞到可以改变形状以适应周围环境的柔性液体机器人。
水中分散着带负电的磁性纳米粒子（Fe3O4-COOH，直径约22纳米，只有头发丝的万分之一粗细），而油相溶解能够游离到界面处质子化带上正电的聚合物（POSS-NH2），二者在水油界面相互吸引，原位形成磁性纳米粒子表面活性剂，牢牢吸附在界面，降低界面张力。相对于小分子表面活性剂，这种几十个纳米大小的活性剂可以牢牢贴附在界面上，形成二维纳米粒子层，饱和之后互相挤压无法继续在界面上自由移动，引发界面阻塞相变，一方面降低了界面张力，一方面可以支撑起一个个任意形状的液滴稳定存在。这些只有1微升大小的液滴，里面挤满了十亿多个磁性纳米粒子，一旦它们在界面处形成阻塞相变，将直接引起液滴从顺磁性转变成铁磁性，也就会变成液态磁铁。所以，通过控制纳米粒子在界面的吸附和解吸附，便可以很好地控制液滴磁极的形成和消失。

④微纳级3D打印

 
总部位于以色列的精密增材制造技术开发商Nanofabrica推出微纳级分辨率3D打印技术。关键的3D打印平台开发商一直在努力实现50微米以下的分辨率，但少数微制造3D打印技术要么在机器和单件成本方面非常昂贵，要么非常慢，要么具有严格的尺寸限制。Nanofabrica的专利工艺基于数字光处理（DLP），与自适应光学相结合，实现可重复的微米级分辨率。与一系列传感器相结合，可实现闭合反馈回路。Nanofabrica的3D打印平台将自适应光学与半导体行业的技术相结合。通过在半导体和3D打印交叉点工作，Nanofabrica能够构建具有复杂微细节的大“宏观”部件。通过引入多分辨率策略，它比其他微型3D打印平台快100倍；需要精细细节的部件打印速度相对较慢，但在对非精细细节的部分区域，部件的打印速度要快10到100倍。

③容积3D打印

2019年2月，全球顶级学术期刊《Science》上刊登了一篇革命性“容积3D打印技术”文章（Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction.PDF），光照几十秒即可打印出一个完整的人像。
技术原理其实挺简单

△先在一个杯子里装上光敏树脂液态材料，使用DLP光源进行体曝光，转盘带动杯子进行旋转，在指定的位置把树脂固化。

  

△工作原理就像反向计算机断层（CT）扫描一样，在CT机中，X射线管在患者周围旋转，拍摄人体内部器官的照片。然后，计算机再利用这些投影重构出一幅3D画面。在计算机模拟一个3D物体的情况下，研究人员从多个不同角度计算出物体的形状，然后将由此产生的2D图像输入一台普通的幻灯片投影仪。投影仪将图像投射到一个装着丙烯酸酯（一种合成树脂）的圆柱形容器中。当投影仪通过全方位覆盖的图像旋转时，容器也以相应的角度旋转。加利福尼亚大学伯克利分校的电气工程师泰勒说：“当圆柱体旋转时，任何接收到光量的位置都可以单独控制。”“如果光的总量超过一定数值，液体就会变成固体。”

 

△树脂中的一种化学物质会吸收光子，而当吸收的光子达到一定的门槛时，丙烯酸酯就会聚合，形成固体塑料。剩下的液体随后被移除，留下的就是固态的3D物体。几十秒后，杯子中便3D打印出来一个人像。这速度要逆天啊！比Carbon的CLIP连续液面打印技术，还要快很多，杯子旋转，即可打印出来物体。

△“容积3D打印技术”核心思路
 
△核心数学公式
这个系统的核心就是CAL算法，想要真正完成打印并不容易。首先得进行三维模型的重建，包括2D的傅里叶变换。然后还得针对光敏液体的剂量进行优化等等。在打印过程中，还涉及氧气抑制、光场干涉、3D空间和2D投影之间的转换匹配等问题。


△“容积3D打印技术”制作出来的其他物件

详见 《Science》革命性高速“容积3D打印技术”，被中国人质疑抄袭自己专利https://www.nanjixiong.com/thread-132362-1-1.html

②大型龙门架活动式FDM 3D打印

△大型的聚合物3D打印机和3D打印船

2019年10月，缅因大学（UMaine）高级结构与复合材料中心获得了三项吉尼斯世界纪录，分别是：
①全球最大的原型聚合物3D打印机
②最大的实体3D打印物体
③最大的3D打印船

这款3D打印机可以制造出长100英尺、宽22英尺、高10英尺的物体，主要用于支持国防和基础设施应用领域的创新。据悉，这套系统由Ingersoll机床公司开发，并使用这台机器制造出一艘25英尺（7.62米），重达5000磅的3D打印船，并命名为3Dirigo。

详情请看《缅因大学超大3D打印船和聚合物3D打印机，获吉尼斯世界纪录》https://www.nanjixiong.com/thread-136630-1-1.html

①星际之门火箭大型金属3D打印


美国火箭行业新贵Relativity“相对论”太空公司Relativity声称，在数年之内，Stargate工厂将可以在60天内打印出世界上第一枚全3D打印火箭Terran。Stargate的专利技术实现了全新的价值链和创新的结构设计。Stargate工厂整合了世界上最大的金属3D打印机和AI驱动的控件，不断优化生产，从而大大提高了质量和时间，降低了成本，并可以实现制造以前不可能的产品设计。自己即可打印火箭95%的部件,其余仅5%的电缆、芯片或橡胶部件外购。 Stargate工厂可以提高改善Terran 1火箭的设计，生产，质量和速度的能力，优势包括：

• 零固定工具，减少零件数量

• 更快的设计迭代和零件优化

• 实时质量控制和零件检查，在3D打印期间和之后检查零件，以确保它们符合最高的均匀度和质量标准

• 传感器和分析驱动的机器学习

• Relativity开发了多种专为3D打印设计的专有合金，以满足关键任务性能
  

详见 《60天造全金属3D打印火箭，Relativity要颠覆SpaceX吗？》https://www.nanjixiong.com/thread-136648-1-1.html

为了让中国了解国外情况，南极熊特别整理了《开眼界了》的3D打印特别视频系列报道（还在不断更新）：

• 《开眼界了：6个国外高速批量金属3D打印产品应用实拍视频》

• 《开眼界了：4个国外陶瓷3D打印厂商产品应用实拍视频》

• 《开眼界了：EOS/GE/SLM等国外18家金属3D打印厂商产品应用实拍视频》

• 《开眼界了：全彩色3D打印，已如此逼真》

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