全球3D打印技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先科研機構(gòu)之美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL

寂靜天花板

LLNL可以說是全球3D打印技術(shù)，尤其是金屬3D打印技術(shù)，領(lǐng)域最先進的科研機構(gòu)了。有大群的科學家在該機構(gòu)的幾個專門的3D打印實驗室里不斷改進3D打印技術(shù)的各個方面。盡管如此，對于公眾來說，這個科研機構(gòu)仍然相當神秘。幸運地是，近日，LLNL組織了一批媒體到其所在地進行參觀，使我們能夠近距離地觀看這個頂尖的科學組織，以及他們最新的科研成果。
美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)是隸屬于加利福尼亞大學的，位于利弗莫爾。成立于1952年，LLNL最初是作為一個核創(chuàng)新實驗室的目的而建立的，隨著逐年的發(fā)展才分支到其他領(lǐng)域。但它仍然很大程度上是由美國能源部的資助下運營的，他們還負責許多國防項目的研究(如機場安全的創(chuàng)新和網(wǎng)絡(luò)間諜的預防)，所以我們不難理解LLNL能夠公開給公眾來了解的部分并不多。，它擁有數(shù)千名全球一流的科學家，在科學的各個方面進行著無數(shù)的創(chuàng)新。除此之外，這里還有一些世界上最快的超級計算機，并為元素周期表添加了5個新的元素，這里的科學家甚至正在研究可以偏轉(zhuǎn)小行星的技術(shù)。  
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美國LLNL國家實驗室堪比德國Fraunhofer研究所，是3D打印界首屈一指的研究力量。其共同點在于研究的領(lǐng)域具突破性，很少有其他的研究機構(gòu)與其類似。LLNL在3D打印領(lǐng)域研究的重點是金屬零部件的制造。實際上，LLNL展示的三個3D打印實驗室有兩個是專注于金屬的。為了說明他們的工作，LLNL展示了他們僅用8天就3D打印出來的一個火箭發(fā)動機，而且沒有零部件，完全是一體的。“它是制造奇跡，說明了3D打印技術(shù)改變游戲規(guī)則的潛力...它并不是簡單的一塊，里面的管道沿著鐘形的開口運行，彎曲地穿過整個部件，使用傳統(tǒng)的方法是不可能實現(xiàn)的。”LLNL說。盡管比現(xiàn)有的替代品效率更高，但是打造成本僅需1萬美元——比行業(yè)標準更便宜。

簡單地說，這就是金屬3D打印要給眾多行業(yè)帶來的東西。LLNL顯然正在推動這一創(chuàng)新。今年早些時候，我們已經(jīng)看到LLNL發(fā)起了加速認證增材制造倡議，該計劃旨在改進金屬3D打印技術(shù)和推動它在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用。這種基于研究的方法將結(jié)合物理模型、數(shù)據(jù)挖掘和不確定性分析，從而優(yōu)化3D打印金屬零部件和加速其認證過程。更重要的是，他們的努力似乎取得了成效。LLNL透露稱，他們發(fā)現(xiàn)導致3D打印金屬結(jié)構(gòu)上的微小孔隙缺陷的原因——從而為可靠、重現(xiàn)性好的金屬3D打印鋪平了道路。就在上個月，LLNL使用一臺基于粉末床的SLM 3D打印機（全世界僅有四臺）在激光器設(shè)計方面獲得了突破。這不僅為他們的部分發(fā)展項目帶來前所未有的控制，該3D打印裝置還使用了一種前反饋系統(tǒng)，使得它更容易找到 缺陷和驗證部。雖然還在開發(fā)中，但它仍算3D打印批量生產(chǎn)的一大進步。

除此之外，LLNL的另一個3D打印實驗室也在試圖突破材料的限制。如果有一件事阻礙了3D打印革命的進行的話，那毫無疑問，就是當下有限的材料。LLNL的研究人員因此正在努力開發(fā)那種擁有自然界中不存在屬性的材料，比如擁有夢幻般的強度重量比的非自然微觀結(jié)構(gòu)。早在今年六月，LLNL已經(jīng)透露成功研發(fā)出輕質(zhì)彈性材料的蜂窩結(jié)構(gòu)。LLNL科學家使用沖擊載荷方法研究了工程晶格結(jié)構(gòu)的動態(tài)屬性中材料的協(xié)同行為。研究的范圍中有兩種動態(tài)屬性，其中一種是壓縮屬性，另一種是晶格結(jié)構(gòu)的彈性屬性。通過微米級的3D打印技術(shù)，LLNL科學家可以進一步的操控晶格結(jié)構(gòu)，從而為這些材料帶來介觀尺度上的秩序性和周期性，超越傳統(tǒng)方法的設(shè)計的晶格結(jié)構(gòu)無序分布的材料。

另外，塑料、金屬、陶瓷和油墨等材料也都是LLNL實驗室的研究對象。就在過去的幾個月里，LLNL開發(fā)出了具有前所未有的熱絕緣和沖擊吸收性能的3D打印泡沫、可以捕獲有害的二氧化碳排放的3D打印蘇打、可以將甲烷轉(zhuǎn)化成甲醇的3D打印聚合物等。與此相應(yīng)地，3D打印技術(shù)也需要進行調(diào)整，以適應(yīng)這些不同尋常的材料。早在2015年4月，LLNL就取得石墨烯材料應(yīng)用的突破，實驗室的科研人員以石墨烯氣凝膠做為3D打印的材料，并按照設(shè)計好的架構(gòu)進行3D打印。打印出的石墨稀微格具有優(yōu)異的導電性和表面積，可以作為存儲能量的新載體，并可用于傳感器、納米電子學、催化、分離等應(yīng)用。

除了金屬打印和特殊材料的打印，LLNL還研究樹脂的打印，在2015年，LNLL光學工程師Bryan Moran開創(chuàng)了一個新的SLA 3D打印技術(shù)稱為大面積投影微立體光刻(LAPµSL)并申請了專利，該方法可用紫外光創(chuàng)建出比以前常見的微立體光刻技術(shù)更大、更精細的3D對象。這項技術(shù)解決了大與精致的矛盾，有望將光敏樹脂3D打印的應(yīng)用在間接模具領(lǐng)域推向一個新的高度，包括那些中空的、極輕、高精、極復雜的大型部件的制造技術(shù)突破。
2 P: v4 m4 p4 D6 q6 T. q: m此外，LLNL的研究工作并不局限于無生命的金屬、樹脂、復合材料和特殊材料的打印。他們已經(jīng)通過3D打印干細胞技術(shù)來獲得血管的培養(yǎng)，這些血管可以用來給器官和組織供給營養(yǎng)，從而為人類打印完整器官的探索又往前推進了一步。
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軒轅天一

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