工程仿生3D打印平台介绍
Time: 2016-07-05 04:32  Click:351

        为促进3D打印技术应用推广,提高企业创新能力、加快新产品开发速度,提高新产品技术水平,吉林大学工程仿生教育部重点实验室建立了3D打印公共技术服务平台,突出工程仿生特色,兼顾多领域多层面应用需求。平台具有3D打印加工服务,3D打印教育、培训和示范功能。通过共享方式及专业技术服务,提高设备利用率,促进3D打印技术应用推广。平台建设内容如下:

        1.功能仿生表面/界面3D打印系统

        大量研究证明,表面(界面)的微观结构形态及材料组成,影响到表面的多种性能,如防粘、减阻、隐身、降噪及附着特性。荷叶是著名的仿生功能表面,其表面的微细复合乳突结构及蜡质层,对接触角产生影响,进而影响到其表面润湿性能,改变这些因素可以改变其粘附性能,制备防粘、减阻工程仿生表面。蝴蝶表面的微观结构,影响到光学特性,通过改变结构类型及参数,可以制备特殊光学性能表面,如隐身和变色等。

        2.仿生结构3D打印系统

        几何结构与材料结构,构件的性质与其几何结构与材料相关,材料的性质与其排列、合成、组合结构相关。生物材料经过漫长演变,进化出多种多样的功能,以适应其生存需要。

       生物材料通常具有极高的性能/重量比,例如比强度、比硬度等。生物获得高比强度的方法是,采用优化的材料与结构组合,以最低的质量(最低的能量消耗),获得最高的性能。例如生物骨组织,由于采用由外至内的材料梯度和几何结构梯度,获得了极高的比强度。贝壳由于采用复合材料,使本来强度较低的组分材料经过复合后,获得了超高强度和硬度。其他如木材、竹材和蜘蛛丝等,均采用材料和结构结合的方法,获得了较高的比强度。

        3.功能仿生器件3D打印系统  异质材料一体化3D打印

        3D打印应用,生物材料、组织以及仿生器件一般都是由多材料构成的。3D打印技术每种材料对应一种(类)3D打印工艺,多材料需要多种3D打印工艺协同完成。多材料多工艺协同3D打印系统,将传统工艺需要多个工序完成的过程,集成在一起实现异质材料的“智造”使用的3D技术:多材料计算机辅助设计工具(多材料CAD),用于完成多材料仿生器件设计;异质多材料3D打印系统用于制造异质材料仿生器件;选择性激光烧结,用于金属与材料仿生器件制造;金属/陶瓷多材料3D打印装备,用于多金属仿生器件制造;需要的3D打印装备。

        4.生物医疗与智能材料3D打印(4D打印)系统

        3D打印应用:组织植入(美容硅胶软组织、口腔义齿、人工股骨头)、缺损 组织修复(颅骨缺损修补)、骨科夹具(骨折)医学模型和医疗器械,非生物相容材料;医疗植入:生物相容材料,但非生物降解;组织支架:相容、降解、吸收;体外生物模型:细胞和活性物质。智能材料的3D打印(4D打印),智能材料的特性是由材料成分、材料结构及三维几何结构决定的。运用多材料多工艺、多尺度的3D打印技术,制备多材料组分、有序材料结构及特定三维几何结构的智能材料结构,实现其特殊的应激反应功能。

        5.创新设计与新产品3D打印系统

        系统功能与特点:以选择性激光烧结、熔融沉积、及3D打印等为主要3D打印技术,构建直接使用的功能模型与终端零部件3D打印系统,实现快速低成本新产品开发。新产品在批量生产之前,需要对产品性能进行试验,由于没有批量生产的工装设备,用于试验的零部件采用传统工艺生产可能需要较长的周期、较高的费用,有些零件甚至无法生产(如复杂三维结构的汽车内饰件)。3D打印技术非常适合单件或者小批量制造,它不需要专门工装及复杂生产链,只需单独3D打印装备即可完成零部件快速制造。熔融沉积和3D打印技术可以完成大部分汽车内饰件制造,选择性光烧结技术可以制造结构部件。运用这些3D打印装备可以完成绝大多数新产品试验件(俗称手板)的制造。此外该系统还可以支持创新设计的实现,采用3D打印技术可以不受工艺限制,实现高技术高性能设计。

        6、3D打印社会服务系统

        前述的4个3D打印装备子系统的功能,都可以利用3D打印社会服务系统实现。3D打印社会服务系统是利用网络技术构建的3D打印技术云平台。云平台具有仿生技术、仿生设计、仿生产品云制造,终端零部件与模具云制造,3D打印职业教育与技术培训三种基本功能。通过3D打印技术云平台,可以实现仿生技术与仿生设计的云制造,促进工程仿生技术发展;终端零部件、模具及生物医学的云制造,提升技术与产品创新能力;增材技术职业教育与培训,加速3D打印技术的发展。

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