电子丝纺技术可将金属3D打印做到微型的纳米纤维级别——英国皇家工程院院士、新加坡工程院院士Seeram Ramakrisnna



 由中国3D打印技术产业联盟和世界3D打印技术产业联盟、南方日报共同主办,佛山市,南海区,大沥镇三级政府支持的第五届世界3D打印技术产业大会于2018年6月17/18日在佛山大沥成功举行,来自国内外900多位代表出席大会,并就3D打印重新定义制造业这个主题展开热烈讨论。

下面有请英国皇家工程院院士、新加坡工程院院士Seeram Ramakrisnna为我们作主题演讲。

Seeram Ramakrisnna:大家好,首先感谢大会主办方邀请我过来这边做演讲,祝贺本次盛会圆满成功,我相信本次盛会将会有很大产出。

我是全球经济论坛的一个会员,中国对这个经济论坛给予了大力支持,全球经济论坛向我们传达了很重要的指引,其中一个指引就是在制造方面我们要提倡3D打印,3D打印将会是未来制造的一个大方向,大家可以看到我的题目是“3D打印重新定义制造业,这个旨意就是全球经济论坛带给全球的。在全球的经济趋势来说,大家都在寻求一种转型。昨天我也跟一些专家在探讨这个事情,说是3D打印到底能给我们带来什么。我们知道,制造业要转型,必须要借助新的工具。昨天晚上我也跟中方代表交流,他们说你今天要谈什么呢?我说我要谈一谈制造创新。制造创新是很重要的,我们知道中国有一句古话叫做工欲善其事必先利其器,没有良好的工具,一切都是免谈。要做到制造创新,哪些是重要的?其中有一块就是材料,所以今天我们会跟大家讲材料方面的创新。有什么新的材料创新和什么的新材料可以为我们带来全新的利用和全新的技术。

3D打印大概在15年前左右变成了世界关注的焦点,因为我们知道人们会变得越来越想解放自己的双手,我在家就想拥有一件,怎么办?3D打印就可以为你达成这个梦想,这样我们自己在家里就可以打印一双鞋,这个需要什么?需要硬件和软件。硬件和软件大家关注什么?我们现在有很多的激光打印,它的品质怎么样,还有耗材的品质怎么样,这些都是大家关注的事情。

我们带领这个团队在研发方面做了很多工作,这是铜纳米的粉末材料,它的特征是呈现出橙黄色和黑色之间的颜色金属材料,它具有很强的发散性。我们知道,金属材料的发散性很重要,正因为具有良好的发散性,它才能够把金属粉末打印的时候非常平滑,而且每个颗粒的型号大小都非常均匀,还可以进行几何式分布,这种采用能够适应于很强的结构,也可以适应于低的烧结温度,这些都是很重要的特性。由于有这种重要特性,就可以适用多个领域。

有这么好的工具,我们可以设想一下接下来用于打印什么呢?很久以前大家都知道,3D打印可以在很多的行业中应用,其中有一个就是医学领域,而且它独一无二的,它用来打印脑部结构、心脏结构、髋关节的关节盖、韧带等等,这些全部都能够给你模拟打印出来。3D打印一路走来不容易,从原来概念设计提出的2D到3D,未来又是什么呢?3D就是终结了吗?应该不是,制造将越来越复杂,它也将应用于更复杂的设计。比如下颌骨都能够打印出来,而且帮客户定制,客户想要什么,我们就帮他打成什么。这是传统的数控机床,我们用3D打印又会怎么呢?很快就可以打印出来了,这是很好的案例。你看,我们在家里就可以使用3D打印,取代了原有的数控机床。不仅是小型的产品可以用3D打印来打印,大型的产品也可以用3D打印打印,我们说为什么3D打印可以打印汽车、打印房子,这是非常厉害的,因为这是大规模的,而且在速度上、在成本上都做得比以前更好。一部飞机有200万到300万美元的成本可以通过3D打印节约下来,因此3D打印能够达成的贡献是很大的。以前我们说数控机床制造很耗时,而现在使用3D打印很快就可以达成了。3D打印的增材也是非常创新的,我们可以把性能提升到最为优越,因为增材质量是很重要的。习近平主席提出了中国制造2025,这个制造就是智能制造,这个与德国提出的工业4.0不谋而合,我们说英雄所见略同,这就是科技创新为我们带来的可持续发展,而3D打印就是其中的一块,我们从原来的碳材料到现在的新型材料比如合金金属粉末来作为耗材,还有创新的增材等等,这些都能带来最好的智能制造,因为几乎是零污染,因为整个过程是可控的,多喷头均匀分布可以打印出彩色产品等等,这些都是一种创新。

3D打印未来的潜力是非常庞大的,现在主要的限制因素是打印耗材方面还不够多样化,如果能够做到多样化,微型结构上做得更优越,我们也能够管控得够好,这样的技术就能够应用于所有行业了。大家都知道用3D打印可以打印食品,所以不仅吃的、用的、穿的、行的,生活的方方面面都可以运用3D打印来实现。

而要保持发展的速度,特别是在中国,我觉得重要的是要保持在材料方面的创新。材料的创新一定是最核心的因素、最核心的地位。第二个就是怎么把这么好的创新材料应用到我们所有的领域当中。有了材料、有了工具,你得有工程师,除了有物,还要有人。比如说目前3D打印主要都是聚合物,刚才前面的演讲嘉宾都说到从原来的聚合物到金属粉末,这就是更高的飞跃,而现在金属粉末可以出现多金属粉末的融合,这些都是一种创新。我知道3D打印对于很多厂家只是过去几年的发展,现在则到了一个重要的转型阶段,有哪些行业你可以涉入?比如高端行业例的光学聚合物、金属喷雾、烧结、面板覆膜、金属机床等等都是重要领域,所有技术都要一一攻克它。如果没有3D打印,我们没有办法把这些产品做得更好。当然现在我们得益于有很多的厂家在供应链上做了很多的研发,包括通过对聚合物的分析,提出了多样聚合物,典型的材料包括奥卡莱、PLA、PVA等等都是一些好的材料,现在这些材料主要是针对于日常所使用的产品,型号还不是特别大,未来来说如果是大型的产品包括房子、汽车等等,它所需要有的材料我相信性能更强,而且必须有不同的性能。为什么?因为从工业的角度来说,要应对接下来30年的需求,比如说你打印一个房子总不能住2年吧,你还得住30年、50年,比如聚合物、陶瓷、金属所有的单元、多元的元器件等等,将来统统都要符合这种可持续发展。在这里头,我们看到金属粉末将会有一段时间占据整个行业的最核心地位。这里向大家展现的是占据主要地位的材料,这些增材目前多样化的出现我觉得是很开心的,可以应用于航空器等多个领域,包括医学方面的应用,如果就3D打印产业的规划来说,医疗绝对是一个重要领域之一,它可以提供多个方面例如骨骼、牙科、人体器官的模拟的应用,我们看到有多个公司推出3D打印的素材,包括不锈钢、钛金属等等,这个就是钛金属粉末,钛金属粉末在一个盒子里头做一个3D打印,钛金属粉末打印出来的品质非常高,它可以应用于骨骼等等。我们用钛金属来作为假体的植入,这个假体要符合人的功能性需求,因此要有生物的可适应性,第二无毒,第三不容易腐蚀,第四还要有设计感,第五还要具有多孔性,例如下颌他的孔性是很多的,而钛金属粉末正好具有这种特性,简直是增材里面的“高富帅”。多孔性对于整个3D打印制造过程是非常友好的,因为有多孔性可以在每一个层面都能够应对它在结构上的要求,确保做出来的这种假体和植入体能够达到跟生理性上的吻合度很高,而且植入之后人体器官的自然反应不会出现抵抗,然后彼此配合度很好,人体神经的反馈和反应也能够很迅速,这样就可以在人体上使用很久,而且不会有抵抗,因为有抵抗很麻烦,就必须要取出来。3D打印的增材非常重要,它的孔隙在两微米,两微米是非常小的,是非常微型的耗材,这种增材有的他们结构性很微型,它可以应用于多个领域,它的粒子可适应性很高,而且人体可以控制它非常准确,准确的话就不会疼痛了。还有电子旋转,我们统一叫做电子丝纺。假如说使用电子丝纺的技术,但是它的增材不够微型,做出来的品质就不会很高,两微米就能够真正帮助我们实现这种电子丝纺。对于微型的纳米纤维级别的运用,在我们的研究部门有一百多位来自于中国的学生,还有来自于科研机构的教授,也有来自于电子增材方面的专家,他们跟我们一起做电子丝纺的研发,这绝对是一个很好的案例,我们希望把这一个技术进一步发展,因为电子丝纺从开始的设计到样本的生成,在制造过程中都可以控制得非常精确,而且很快就可以推向市场。这是针对聚合物进行抛光,用电子丝纺技术能够在多维方面进行控制,不管是以聚合物,还是电子,还是金属粉末的3D打印都能够适应,并且电子丝纺我觉得是很好的3D打印方法。

我们的研发团队很强大,涵盖了全世界各地的研发,包括来自于欧洲、非洲、南美洲、中国等等,我们的研发做得非常成功,因此产品可以运用到各个领域,尤其是医学方面的领域,有纳米级别的指数体,例如头盖骨、下颌、牙科等等,还有颚面骨,即颚面修复,一旦出现头部肿瘤、面部肿瘤就要进行割除,割除以后如何进行颚面的修复,运用这些植入体就可以帮助并且重新展现他的风采。3D打印在市场上如此受欢迎是因为它能够帮助人们进行很多颚面的修复和植入功能。

3D打印是非常高精尖的技术,我们对未来非常乐观。第一个3D打印从设计的角度来说对结构没有障碍。第二个,对于整个供应链来说它能够提供更多的快速反应。第三个,能够真正把需求和供应两方面结合在一起,甚至同一个实验室。第四个,它的能够在医学方面做更多模拟,能够帮助到病人。这4个要点促使我们认为整个3D打印技术在未来是非常可观的。

谢谢大家!

主持人:大家看到,3D打印技术上面,Seeram教授更侧重在金属方面,也做了很多这方面的案例分析,并且结合他的专业优势如何将纳米项技术运用到3D打印技术当中去,也是非常有前景的一个用途。

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