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想了解3D打印,先从这几个方面开始

3D打印 2019-06-18 qhdsteam.com

3D 打印技术是一种最先进的增材制造技术,由于其具有高的生产制造效率、可量产能力、低成本以及复杂性等能力,在先进制造材料开发方面已经引起了企业界和学术界的高度关注。这种技术不仅仅可以加工具有三维立体结构的器件,而且可以用于多材料、多功能集成器件的制备。因此,应用 3D 打印技术进行研究已经成为了研究的热点。本文将从以下四个方面分别介绍多篇经典综述,希望能够使读者快速了解 3D 打印技术在各个领域中发挥的作用。

1、3D 打印技术方法

3D 打印技术包括多种方法,例如光固化成型技术、熔融沉积成型法、墨水直写技术、立体平版印刷法、喷墨打印、选择性激光熔化技术、选择性激光烧结技术等。随着 3D 打印技术的快速发展,涉及领域也进一步扩展,目前已经成为研究的热点方向。 Martin Pumera 等人 2016 年在Chem. Soc. Rev. 杂志上发表了关于光固化成型式、挤出式成型、粉末基式成型等 3D 打印方法的研究进展。1 2017 年 Rolf Mülhaupt 在 Chem. Rev. 杂志上发表了关于平版印刷、数字光处理、多光子聚合等 3D 打印方法的发展趋势。2

图1.3D 打印技术方法

2、3D 打印材料

2017年,Tomaso Zambelli 等人在 Adv. Mater. 杂志上发表了关于 3D 打印技术制备金属的综述,总结出各种 3D 打印技术制备微米尺度上的金属结构,并且结合了多种 3D 打印方法制备金属化过程,多步骤的方法非常适用于各种应用程序。一旦微金属增材制造成功,它们将能够制备出更复杂的几何形状和材料结构。3 Shlomo Magdassi 等人 2018 年在 Adv. Mater. 杂志上发表了关于 3D 打印 3D 水凝胶、响应光聚化合物材料和陶瓷材料的进展。4 同年, Tawfique Hasan 等人在 Chem. Soc. Rev. 杂志上发表了关于二维材料的 3D 打印,具体阐述了 3D 打印石墨烯、石墨炔等二维材料的具体打印过程和应用前景。5

图2.3D 打印金属材料

图3 . 3D 打印聚合物基陶瓷材料

图4 . 3D 打印二维材料

3、3D 打印结构

William B. Carter 等人 2016 年 在 Annu. Rev. Mater. Res. 杂志上发表了关于3D 打印各种结构的综述,其具体的阐述了结构材料领域的现状,复杂结构的获得可以应用在众多领域。

图5 . 3D 打印结构

4、3D 打印的应用

3D 打印技术已经应用在社会中各个领域,例如在化学工程和催化技术领域可以用作结构化催化剂、搅拌机和反应堆,组织工程和药物输送,生物应用以及能源领域等。7-10 Rob Ameloot 及其合作者在 2018 年 Chem. Soc. Rev. 杂志上论述了计算机辅助技术结合 3D 打印技术在化学工程以及催化领域的应用。通过绘制计算机模型设计化学反应器以及结构催化剂,应用 3D 打印方法制备出来7

Xuan-Ming Duan 课题组在2015年 Chem. Soc. Rev. 杂志上发表了题为“Two-photon polymerization microfabrication of hydrogels: an advanced 3D printing technology for tissue engineering and drug delivery”的综述,其主要论述了通过 3D 打印策略制备的水凝胶,并将其用于组织工程和药物输送。 3D 打印技术不仅可以制备具有三维结构的水凝胶,而且可适用于多材料的微制备,因此其在医学上具有广发的应用前景。8 2018年,Steven D. R. Christie 等人在 Nat. Rev. Chem. 上综述了 3D 打印技术(光刻技术和喷墨打印技术)在生物领域的应用,列举了 3D 打印的诸多方法,并进行了展望。9 Liangbing Hu 等人 2017 年在 Adv. Mater. 杂志上发表了关于3D 打印碳基材料在能源存储领域的应用。重点阐述了以石墨烯以及氧化石墨烯作为电极活性墨水材料,通过 3D 打印墨水直写技术构造微纳结构,并且将其应用在电池以及超级电容器储能器件上。除此之外,研究者还对 3D 打印技术在其他领域的发展进行了展望。10

图6.3D 打印技术在催化领域的应用

图7.3D 打印反应器

图8.3D 打印技术在能源领域应用

3D 打印技术逐渐的进入到了社会的各个领域,其在构造复杂结构以及可规模化等方面具有绝对优势。篇幅所限不详细讨论。综上,本文简单介绍了数篇3D 打印技术在各个领域的重要综述,希望读者朋友能从中获得一些帮助,对3D 打印技术有一个简单的认识了解。

【参考文献】

1 Ambrosi, A., Pumera, M. 3D-printing technologies for electrochemical applications. Chem. Soc. Rev., 45, 2740-2755, DOI: 10.1039/c5cs00714c (2016).

2.Ligon, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., Mulhaupt, R. Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing. Chem. Rev. 2017, 117, 10212-10290, DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00074 (2017).

3 Hirt, L., Reiser, A., Spolenak, R., Zambelli, T. Additive Manufacturing of Metal Structures at theMicrometer Scale. Mater. 29, 1604211-1604240, DOI: 10.1002/adma.201604211 (2017).

4 Layani, M., Wang, X. F., Magdassi, S. Novel Materials for 3D Printing by Photopolymerization. Adv. Mater. 30, 1706344-1706350, DOI: 10.1002/adma.201706344 (2018).

5 Schaedler, T A., Carter, W. B. Architected Cellular Materials. Annu. Rev. Mater. Res. 2016. 46:187–210, DOI: 10.1146/annurev-matsci-070115-031624 (2016).

6 Hu, G. H., Kang, J., Leonard, W. T. N., Zhu, X. X., Howe, R. C. T., Jones, C. G., Hersam, M. C., Hasan, T. Functional inks and printing of two-dimensional materials. Chem. Soc. Rev. 47, 3265-3300, DOI: 10.1039/c8cs00084k (2018).

7 Cabrera, C. P., Achille, C., Kuhn, S., Ameloot, R. 3D printing in chemical engineering and catalytic technology: structured catalysts, mixers and reactors. Chem. Soc. Rev. 47, 209-230, DOI: 10.1039/c7cs00631d (2017).

8 Xing, J. F., Zheng, M. L., Duan, X. M. Two-photon polymerization microfabrication of hydrogels: an advanced 3D printing technology or tissue engineering and drug delivery. Chem. Soc. Rev. 44, 5031-5039, DOI: 10.1039/c5cs00278h (2015).

9 Capel, A. J., Rimington, R. P., Lewis, M. P., Christie, S. D. R. 3D printing for chemical, pharmaceutical and biological applications. Nat. Rev. Chem. 2, 422-436, DOI: 10.1038/s41570-018-0058-y (2018).

10 Fu, K., Yao, Y. G., Dai, J. Q., Hu, L. B. Progress in 3D Printing of Carbon Materials for Energy-Related Applications. Adv. Mater. 29, 1603486-1603505, DOI: 10.1002/adma.201603486 (2017).

来源:材料牛 本文由材料人科技顾问Jingxin Zhao供稿


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