前沿成果 | 快速成型的工艺设备——5大3D打印技术与装备成果推荐！ 194期

栏目介绍：我们汇聚了国内外大量的优质成果库资源，均可转化交易，本期精选了5大3D打印技术与装备成果。如果你对本文提到的技术成果感兴趣，欢迎与企知道联系。

成果目录：
1.微纳3D打印机
2.基于并联机构的3D打印机
3.温箱式工业级模具3D打印机
4.生物材料、聚酸酸，等多功能3D打印机
5.电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术与装备

1. 微纳3D打印机

微纳3D打印机是基于EHD喷印原理开发的用于微纳尺度复杂三维结构制造的微机电系统。该3D打印机集成多种打印模式，可以在一台设备上完成静电纺丝、静电喷印、静电喷雾等多种打印方式，实现结构材料(塑料、聚合物等)、导电材料(液态金属、纳米银导电墨水等)、介电材料(各种绝缘材料)、半导体材料等多种材料的打印，打印结构特征结构尺寸涵盖宏/微/纳多尺度和跨尺度。特别地，它突破了目前商业3D打印需要支撑层的约束，结合多种种模式打印喷头，能够实现跨尺度多材料复杂三维结构一体化制造，如3D互联长流道、可动膜腔等典型的多级微纳结构。因此，它在微纳机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子和印刷电子等领域有着巨大的产业需求。

技术成熟度：

该设备采用模块化、集成化设计，将不同打印模式所需喷头按模块设计，集成高压电源、注射泵等控制，三维移动平台联动控制，实现复杂结构一体化制造。目前已经实验样机已经投入生产，长期连续运行平稳，操作简单稳定，各项指标达到要求。本设备安全、成熟可靠。

应用范围：

微纳3D打印机应用于微纳机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子和印刷电子等领域。

技术成熟度：可以量产阶段

成果来源：厦门大学

2. 基于并联机构的3D打印机

并联结构是一种闭环结构，其动平台或称末端执行器通过至少2个独立的运动链与机架相连接。打破了原有3D打印机的笨拙的三维的直线运动。并联3D打印机器人相比于传统机构3D打印机具有打印范围大、打印速度快、打印精度高、打印机制作成本低等众多优点，该打印机适用多种工程塑料（ABS、PLA、PPSU等）。用于大尺寸工业模型、建筑模型、艺术创意设计、科普教育等领域，可以满足市场上对大尺寸3D打印机的需求，符合新一代FDM式3D打印机的发展方向，推动了3D产业的发展。

技术特点：

（1）更小的载荷质量。相对于XY-Z机型并联机构只有打印头是可以移动的而且常常采用远程挤出，有效载荷质量可以控制在100克以内。打印头的XYZ三轴移动速度都可以达到惊人的300MM/S。实现更高的打印速度并且在高速下依然可以保持较高的打印质量；

（2）XYZ三轴都可以保持很高的精度和速度，相对于一般XY-Z机型普遍的三轴精度不统一Z轴丝杆无消间隙措施，分层漂移，打印面不平滑，并联机构打印机的XYZ精度都非常高，而且Z轴速度非常快，可以在回吸回擦动作时候瞬间完成提升Z轴动作让打印件更加干净彻底杜绝拉丝现象；

（3）成型尺寸定制性高。在机架强度允许合理的范围内改动尺寸非常容易，本机设备只要改动几根型材和斜杆的长度就可以改动打印的底面积和高度。节约材料，成本更低。从零件的数量和组成上，并联机构3D打印机都有一个很大的提高。

技术成熟度：实验室阶段

成果来源：山东大学

3. 温箱式工业级模具3D打印机

项目目标：设计制造符合铸造业技术指标需求的模具类3D打印机,可以彻底改变模具生产工艺，实现用塑料模具，代替木模乃至金属模的梦想。

优势一：缩短模具生产周期；

优势二：模具复杂性，不再受生产工艺制约；

优势三：可以大幅度降低模具的生产成本。

项目实施方案：与马鞍山市华达治金机械有限公司签署产学研合同联合研发《温箱式工业级模具3D打印机关键技术研究与设备开发》，实现以下三个目标：

（1）完成温箱式工业级模具3D打印机关键技术研究；

（2）完成温箱式工业级模具3D打印机样机设计与制造；

（3）完成温箱式工业级模具3D打印机性能测试。

本项目结合甲方生产需求，其实施的主要内容是温箱式工业级模具3D打印机关键技术研究和样机设计与制造，主要工作是结合铸造模具的工艺要求，解决工业级机构精度、消失模材料分析程序开发等关键技术，同时设计出首台温箱式工业级模具3D打印机样机，其中设计单元主要包括机构本体单元、打印机控制系统单元、打印头单元、运动控制单元、打印机平台装置、打印机温控单元等。

技术成熟度：实验室阶段

成果来源：南京工程学院

4. 生物材料、聚酸酸，等多功能3D打印机

该成果提供一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法，具有良好的物理性能和摩擦性能，符合时速380km/h高速列车的制动性能要求，粉末冶金摩擦材料制造的粉末冶金闸片产品具有优良的综合性能，摩擦系数高、稳定性好、使用温度高和使用寿命长，能够承载高负荷、高冲击载荷的优点，具有良好的机械强度和钢背结合性，满足UIC541-3技术标准及TJ/CL307-2019动车组用闸片的技术条件要求，同时具有很大的价格优势。

该成果采用离散点逆向建模的方法，建立TPMS曲面参数、方程形式与支架孔道形态、孔径分布、比表面积，屈服强度、弹性模量及泊松比之间的映射关系，揭示TPMS模型曲面参数与孔洞结构和力学性能之间的辩证关系，对TPMS曲面人工骨骼的性能进行设计，选用具有良好生物相容性的聚飜醒酮树脂（PEEK）为原料，利用PEEK材料的"快速相变"及"定向凝固"的方法，制备TPMSA工骨骼。

成果目前已开展动物临床实验，采用仿生的TPMS多孔PEEK支架作为人工，可有通过曲面方程调节骨骼的模量和强度避免应力屏蔽效应对邻近骨骼造成的退化效应，解决人工骨骼的生物相容性问题。可应用于临床治疗减轻患者的疾苦，具有良好的社会效益。

技术成熟度：市场化阶段

成果来源：广西民族大学

5. 电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术与装备

电场驱动喷射沉积微纳3D打印机是青岛理工大学山东省增材制造工程技术研究中心研制的具有完全自主知识产权的高端智能制造装备，能够实现在各种硬质基板和柔性基底上高效低成本批量化制造大面积微纳图案和复杂三维微结构，尤其适合超高粘度功能材料高精度三维微结构打印以及大面积宏/微结构跨尺度制造，具有分辨率高、打印材料广泛、工艺简单、成本低、效率高、模块化定制的突出优点。

EM3DP-2A型微纳3D打印机主要应用于3D打印电子、透明电极、透明电磁屏蔽、透明电加热、柔性电子、可拉伸电子、纸基电子、OLED、血管支架、组织工程、可穿戴设备、太阳能电池、物联网传感器（RFID）、微光学、微模具、先进材料、微结构、柔性电路板等领域。

创新点及性能指标：

微纳3D打印技术难度大，门槛高，目前微纳3D打印机基本上被德国、美国等少数国家所垄断。针对现有微纳尺度3D打印技术的不足和挑战性难题，提出并建立了一种原创性的微纳增材制造技术—电场驱动喷射沉积微纳3D打印。它利用自激发静电场和电流体动力学缩颈效应实现锥射流微喷射制造1D（微液滴或者微熔滴）和2D（微细线或者纳米纤维）微纳结构成形，并结合电荷诱导自对正多层堆积，实现复杂3D微纳结构增材制造。兼顾打印精度和打印效率，提出三种全新的打印工作模式：微挤出模式；脉冲锥射流模式；连续锥射流模式。根据成形件的具体特征结构要求，打印过程采用相匹配的打印模式，实现大面积宏/微结构跨尺度制造。

基于该成型原理，研制出国内首台具有完全自主知识产权的工业级微纳尺度3D打印机，达到国际领先水平，打破国际垄断。

技术成熟度：已有样品

成果来源：青岛理工大学

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