探秘全球最先进的3D打印实验室-LLNL国家实验室

美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）是隶属于加利福尼亚大学的，位于利弗莫尔。成立于1952年，LLNL最初是作为一个核创新实验室的目的而建立的，随着逐年的发展才分支到其他领域。但它仍然很大程度上是由美国能源部的资助下运营的，他们还负责许多国防项目的研究（如机场安全的创新和网络间谍的预防），所以我们不难理解LLNL能够公开给公众来了解的部分并不多。            

作为全球领先的3D打印增材制造研究中心之一，LLNL配有三个3D打印实验室，这些实验室所从事的是具有前沿探索以及商业化转化价值的研究。就在前不久美国能源部拨款220万美元给LLNL国家实验室用于3D打印太阳能跟踪器的研究。  

金属、特殊材料、树脂、生物打印-LLNL硕果累累

在3D科学谷看来，美国LLNL国家实验室堪比德国Fraunhofer研究所，是3D打印界首屈一指的研究力量。其共同点在于研究的领域具突破性，很少有其他的研究机构与其类似。

LLNL的三个3D打印实验室的研究主要集中在金属领域。其中的一个很好的工作成果是在短短的八天内3D打印的火箭发动机缩小样件，这个发动机是个单一的部件，无需组装。LLNL认为这是一个制造奇迹，说明了3D打印改变游戏规则的潜力。当然这个发动机的内部结构十分复杂，即便是从外观来看，钟形的开口和弯曲的整个身体就很难通过传统的方法加工出来。这个案例表明，3D打印不仅比现有的其他加工替代方案更具加工效率，而且整个制造成本只有10,000美元的成本，比起需要组装的其他方案来更具经济优势。

3D打印小型发动机

不仅是应用领域的研究，LLNL通过他们的建模能力、数据挖掘技术和不确定性分析来优化3D打印金属零件，并加速认证过程。目前，LLNL发现了是什么原因导致金属打印零件的微小缺陷，如何控制内部的孔隙。这将3D打印金属结构提升到另一个高度，那就是产品的质量可追溯，并且产品的打印质量可重复。LLNL配备的3D打印设备也是最高端的，他们最新的设备具有一个“前馈”的系统，使它更容易定位缺陷和认证零件。从数据分析到软件控制，这一切的努力，都将3D打印推向大规模生产领域。

当前金属3D打印的一大阻碍因素是粉末材料，不仅选择的种类十分有限，而且专门为增材制造所研发的金属粉末就更少了。LLNL研发非自然的微观结构，实现神奇的力学重量比。早在今年六月，LLNL已经透露成功研发出轻质弹性材料的蜂窝结构。LLNL科学家使用冲击载荷方法研究了工程晶格结构的动态属性中材料的协同行为。研究的范围中有两种动态属性，其中一种是压缩属性，另一种是晶格结构的弹性属性。通过微米级的3D打印技术，LLNL科学家可以进一步的操控晶格结构，从而为这些材料带来介观尺度上的秩序性和周期性，超越传统方法的设计的晶格结构无序分布的材料。

LLNL还有一种独特的打印方法，是将功能塑料、金属陶瓷和油墨组合打印。就在过去的几个月里，LLNL已成功研制3D打印泡沫，这种泡沫具有前所未有的热绝缘和减震性能。LLNL还3D打印了一种小苏打，可以捕获有害的二氧化碳的排放量。这些功能性的3D打印在LLNL逐步展开，更多的创新即将到来。就在几周前，LLNL和Giant Leap Technologies（GLT）签署技术开发协议，探索太阳能光电微结构的3D打印。

3D打印泡沫

3D打印苏打

3D打印烟雾

国内第一3d打印媒体南极熊了解：LLNL在尝试不寻常的材料方面获得了不断的突破，早在2015年4月，LLNL就取得石墨烯材料应用的突破，实验室的科研人员以石墨烯气凝胶做为3D打印的材料，并按照设计好的架构进行3D打印。打印出的石墨稀微格具有优异的导电性和表面积，可以作为存储能量的新载体，并可用于传感器、纳米电子学、催化、分离等应用。

除了金属打印和特殊材料的打印，LLNL还研究树脂的打印，在2015年，LNLL光学工程师Bryan Moran开创了一个新的SLA 3D打印技术称为大面积投影微立体光刻（LAPμSL）并申请了专利，该方法可用紫外光创建出比以前常见的微立体光刻技术更大、更精细的3D对象。这项技术解决了大与精致的矛盾，有望将光敏树脂3D打印的应用在间接模具领域推向一个新的高度，包括那些中空的、极轻、高精、极复杂的大型部件的制造技术突破。


此外，LLNL的研究工作并不局限于无生命的金属、树脂、复合材料和特殊材料的打印。他们已经通过3D打印干细胞技术来获得血管的培养，这些血管可以用来给器官和组织供给营养，从而为人类打印完整器官的探索又往前推进了一步。

来源：3d科学谷& 3ders.org
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