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德国Fraunhofer 研究所（Fraunhofer ILT）与合作伙伴Rapid Shape 公司正在研发一种新的光固化3D打印技术-TwoCure，该技术的特点是不需要为树脂3D打印零件添加支撑结构。免去添加支撑结构不仅能够节省用户的CAD模型准备时间，还将使光固化3D打印零件的后处理步骤进一步简化。 目前，TwoCure3D打印技术的研发有了新的进展，除了对该3D打印工艺本身进行完善之外，研究团队还对基于TwoCure工艺的3D打印设备进行自动化集成。本期，我们共同了解一下Fraunhofer 研究团队在这方面取得的进展。 将集成自动化后处理工艺 TwoCure 通过光与冷相互作用形成零件，该工艺与已广泛使用的SLA 3D打印技术类似，也是通过光刻曝光使光敏树脂材料逐层固化。TwoCure 与SLA 3D打印技术的不同之处是零件不需要添加支撑结构。 [图片] TwoCure 3D打印原型机，图片来源：Fraunhofer ILT TwoCure 3D打印过程中，在温暖的光的照射下，打印零件被固化。 同时，冷却的空间使逐层创建的热固性组分与树脂一起冻结成块状，就像蜡一样。这些蜡状的包裹材料，将在打印件取出之后，在室温下进行熔化。零件在经过简单的清洁与后期固化后即可使用。 [图片] 包裹着蜡状材料的3D打印样件，图片来源：Fraunhofer ILT 目前，TwoCure3D打印设备的原型机已经推出，Fraunhofer 研究团队正在研发基于TwoCure 3D打印设备的自动化工艺。在集成了自动化技术之后，通过TwoCure 技术3D打印的零件将被自动移出打印设备，并放置到熔化架上，将外包裹的蜡状材料熔化掉。团队的计划是将自动化功能扩展到接下来的清洁和后期固化环节中，自动完成从3D打印到打印后处理的全过程，使得用户只需对虚拟打印任务进行管理，而具体的3D打印工作交给自动化工艺去完成。 Review TwoCure 研发团队旨在通过两种方式提升光固化3D打印技术的效率。一种是工艺本身无需添加支撑，这一改进将节省打印准备时间以及简化后处理步骤。在TwoCure 技术诞生之前，由于树脂材料的结构脆弱，如果在打印时不添加支撑结构则会产生倒塌。添加支撑结构会对用户应用3D打印造成一定困扰，因为用户需要对CAD模型进行额外的准备，并花费时间进行零件的后处理。 另一种方式是将TwoCure 3D打印设备与自动化集成，通过自动化完成从零件打印到后处理的整个工艺流程。根据3D科学谷的市场观察，集成自动化技术也是光固化3D打印技术的一个发展趋势，光固化3D打印领域陆续推出了自动化的生产设备，例如3D Systems 的Figure 4，其中一个版本是包含了自动化材料处理和集中后处理的生产型设备；黑格科研发了可通过模组与机械臂实现柔性产量扩展的3D打印自动化生产线Ultracraft Mass。

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Digital Metal(数字金属)是瑞典金属粉末生产集团Hoganas Group的一部分，该公司推出了3D金属打印的全自动生产理念。 [图片] 去年，Digital Metal开始生产DM P2500，这是一种高精度的粘合剂喷射金属3D打印机，可以大规模生产定制微小物件和高精度部件。该公司声称，它可以以每小时100立方厘米的速度打印42微米的层。到目前为止，这种粘合剂喷射技术已经使30多万个部件得以生产。数台数字金属DM P2500 3D打印机正在连续生产，生产的系列产品多达4万件。 现在，事情正在改变。虽然Digital Metal将继续为新客户和现有客户提供3D打印服务，但它现在也在生产过程中增加了自动化。 [图片] Digital Metal的总经理拉尔夫•卡尔斯特罗姆(Ralf Carlstrom)表示:“多数AM技术的自动化程度非常低。”“我们的目标是改变这种状况。通过新的无手动生产线，我们的客户可以进一步提高生产率，降低生产成本。几乎所有的人工密集的工作都可以被消除，此外，在清洗机器中去除的粉末可以在过程中循环使用，从而减少浪费。正如我们所见，数字金属技术现在可用于大批量零件的连续生产。 据Digital Metal公司介绍，大部分工序将由机器人来完成，这将“消除几乎所有的手工工作，从而进一步提高生产率。”机器人将用构建框加载3D打印机，然后移动这些框进行后期处理。粉末去除的后处理自动化是由cnc控制的粉碎机和拾取机器人来完成的。一旦剩余的金属粉末被去除和回收，这些零件就会被放置在烧结板上。然后，主机器人将板材移动到烧结炉上，分批进行脱粘和烧结，或者连续生产。 Digital Metal称，在粉末去除过程中引入自动化是迈向完全自动化生产的第一步。在脱粉过程中，cnc控制的运动是基于打印过程的信息。所有去除的粉末被收集和回收，没有任何性能退化。 “我们相信，我们独特的技术具有巨大潜力，”拉尔夫•卡尔斯特罗姆(Ralf Carlstrom)表示。“它不仅速度快、性价比高，而且能够创造出复杂、高度细致、材料选择广泛的设计。”

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犹他大学(University of Utah)的一个生物医学工程师团队开发了一种3D打印细胞的方法，利用改良的3D打印机和从脂肪组织中提取的干细胞，制造出韧带和肌腱等人体组织。 根据一篇发表在《组织工程杂志》C部分:方法》上的新论文，遭受肌腱、韧带或椎间盘破裂之苦的人可以简单地将新的替换组织打印出来并最终植入受损区域。 [图片] 目前，病人的替换组织可以从病人身体的其他部位获取，有时也可以从尸体上获取，但质量可能较差。这种3D打印技术可以解决这些问题。 “它将允许患者在没有额外手术的情况下接受替代组织，而无需从其他部位收集组织，这些组织有其自身的问题来源，”犹他大学生物医学工程助理教授罗比鲍尔斯说，他与前U生物医学工程硕士生David Ede共同撰写了该论文。 经过两年研究的3D打印方法涉及从患者的脂肪组织中取出干细胞并将其打印在水凝胶表面上，形成肌腱或韧带，然后在植入之前在体外培养。但这是一个极其复杂的过程因为这种结缔组织是由不同细胞组成的复杂模式。例如，组成肌腱或韧带的细胞必须逐渐转移到骨细胞，这样组织才能附着在骨头上。 鲍尔斯和他的团队与位于盐湖城的Carterra公司合作，Carterra公司生产用于医学的微流体设备，为3D打印机开发了一种特殊的打印头，这种打印头可以按照人体细胞所需的控制方式放置。如下图示，细胞通过打印机的微流体通道，停留在水凝胶表面。 [图片] 鲍尔斯在谈到打印过程时说：“这是一种非常可控的技术，可以创建以前技术无法创建的模式和细胞组织。”“它允许我们非常明确地把细胞放在我们想要的地方。” 为了证明这一概念，研究小组打印出了能发出荧光的转基因细胞，这样他们就能看到它们是如何被打印出来的。 鲍尔斯说，这项技术目前被设计用于制造韧带、肌腱和椎间盘，但“它实际上可以用于任何类型的组织工程应用，甚至整个器官，”他说。打印头中的技术可以适用于任何类型的3D打印机。

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如今3D打印技术越来越成熟，但仍然有很多人觉得它不靠谱。最近有一对疯狂的荷兰夫妇，他们收集了大量的塑料垃圾，并把它们变成了3D打印机可以使用的材料，通过精心的设计，把这些塑料3D打印成一辆太阳能电动车的车体，并驾驶着这两车到了南极。 [图片] 太阳能旅行者 该项目名为Clean2Antarctica，是荷兰夫妇支持零浪费生活方式的一部分。 两人设立了一个目标，即收集浪费的塑料垃圾并采取一些特殊的措施改变它们。他们最终落实的想法是使用塑料废物来建造能够将它们驱赶到南极的太阳能电动汽车。 当然，南极那里已经有电动雪地摩托车，但对于这个独特的项目，团队需要跳出固化思维思考。 为了用塑料废料建造“太阳能旅行者”，这对夫妇设计了一种新的六角形积木，称为HexCore，采用再生材料。 [图片] 根据团队的说法：“我们将碎片切碎并融入到为3D打印机供给的线材中。然后我们将其提升到了一个新的水平，并使用废弃工厂的再生颗粒在工业规模上进行。使用40台3D打印机，我们打印了4000个HexCores。这是一款灵感来自蜂巢的积木，设计轻盈而坚固。” 然后将这些构件组合在一起以形成其电动车辆的结构。一旦太阳能旅行者的外壳被创建，其余的技术就完成了。太阳能旅行者最终由一辆牵引一对两轮拖车的四轮越野车组成。 拖车支持10个双面太阳能电池板，还可存储物资，包括47天的食物。 [图片] 尽管如此，该团队还没有拖着沉重的水。相反，他们会用周围的冰来喝水。冰将在六个太阳能真空管中熔化。 驾驶室内还安装了红外线窗户，有助于吸收阳光并保持驾驶室温暖。 太阳能旅行者的重量为1,485千克，考虑到保持太阳能旅行者移动并保持这对夫妇活着所需的装备，它相对轻巧。 太阳能旅行者长16米，以8公里/小时的速度前行。这种缓慢的速度使太阳能电池板产生的电力效率最大化。 如团队所解释的那样，设计当然不是没有一些技术挑战：“驾驶南极洲需要创造性思维。我们如何漂浮在雪地上或提供饮用水？我们如何与任务控制中心沟通？十个太阳能电池板为发动机提供恒定功率，真空管可以融化冰。它的重量轻，分布在特殊的车轮上，使驾驶更加高效。太阳能旅行者起初是一个塑料拼图，现在是为南极洲建造的高科技汽车。“ 该团队最终解决了太阳能旅行者的所有问题，这得益于冰岛的一次震动。 太阳旅行者的旅程 在五周内，该团队将从他们的Antartica大本营出发并开车前往南极。从那里，他们将直接返回，完成2400公里的旅程。如果一切按计划进行，旅程应持续约30天。 一路上他们将忍受-30C的夏季温度和24小时的阳光，尽管最后一部分可能是一件好事。 如果你问为什么选择Antartica？那么你并不孤单。太阳能比赛一直在美国，欧洲和亚洲发生。但是Antartica对球队的使命具有特殊的意义。 他们解释说：“南极洲拥有世界上90％的冰，并且不属于任何人。法律是零浪费，使其成为零浪费冒险的理想目的地。我们可以向南极洲学习并确保它保持这种状态。我们还希望提高对南极条约的认识。如果不在2048年延长，非洲大陆将开放进行商业开发。”

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2018年10月11日，奥地利电动汽车充电系统开发商Easelink正在与国际先进的聚合物供应商igus合作。这家奥地利公司是一家自动导电充电技术的开发商，他们称之为Matrix充电。 Easelink需要一种廉价而有效的方法来测试矩阵充电系统中使用的各种齿轮。Igus为Easelink提供3D打印专业知识，3D打印各种齿轮，以测试可靠性和耐用性。 [图片] △Matrix充电系统和igus的3D打印齿轮。图片来自igus 电动汽车无线充电 Easelink的电动汽车充电系统有两个部分：充电连接器和充电板。Matrix垫安装在地板电网上，充电连接器安装在电动车辆下方。 当车辆停放在矩阵充电板上时，车辆下方的充电连接器降低以将其自身附接到供电垫，垫和连接器之间的通信通过安全的无线连接进行。 [图片] Easelink的创始人HermannStockinger表示，“通过Matrix，电动汽车可以自动充电，无需电缆-这种智能技术可以在没有用户干预的情况下自行运行。从停车场或驾驶车道到私人停车场或铁路交叉口-任何时候都可以用来为电动车辆充电。” Matrix充电系统使用传导方法为车辆充电，提供43kW（DC）或22kW（AC）的功率。 [图片] 3D打印齿轮 igus有一个在线配置器，一旦用户指定齿轮的大小，齿数和扭矩值，它就会自动生成CAD模型。设计齿轮的整个过程可以在几秒钟内完成。 Easelink的开发团队使用igus的配置器测试了连接器原型的各种齿轮。 这些齿轮采用SLS 3D打印机和igus专有的iglidurI6-PL聚合物打印，打印时间为24-72小时。由igus开发的用于SLS3D打印的聚合物粉末可耐受极端温度（-40至+80℃）。iglidurI6比标准塑料（如聚甲醛（POM））更耐用，弯曲强度为49/38MPa。 使用iglidurI6-PL制造的3D打印齿轮在一百万次循环后没有显示出明显的磨损迹象。相比之下，由聚甲醛（POM）制成的铣齿轮在321,000次循环后磨损，并在621,000次循环后完全破坏。

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NUST MISIS的科学家们提出了一种生产超高纯度氧化铝(UHPA)的先进方法，这种方法可以使3D打印铝复合材料的强度增加一倍，并将这些产品的特性提高到钛合金的质量。所研制的3D打印改性剂可用于航空航天工业的产品。 [图片] 航空航天、海洋和医疗行业正在利用钛、铝和钢铁3D打印的重量、时间和成本优势。铝重量轻(密度2700公斤/立方米)，可塑，弹性模量约70 MPa。这是行业对适合3D打印的金属的主要要求之一；然而，铝本身并没有足够的强度或坚固性：即使是合金硬铝的抗拉强度也是500mpa，布氏硬度HB为20kgf /mm2。 以氮化物和氧化铝为基础，通过燃烧得到的改性前驱体已成为新型复合材料的基础。NUST MISiS团队的研究使用了纯度为99.7%的铝颗粒。通过氧化，与碱反应，随后的盐酸处理和1450℃的热煅烧，UHPA中杂质，特别是铁杂质的总浓度降低，而碱金属（K，Na，Li）的浓度则相反，增加了。 [图片] 研究人员研究了后续酸和热处理后杂质浓度的演变过程，发现所提出的方法可以分别从初始纯度为99.70%和99.99%的铝球中生产出纯度为99.99%和99.999%的UHPA。 钛的强度大约是铝的六倍，所以这种先进的方法产生的3D打印铝复合材料的强度是钛的三分之一。研究人员详细介绍了这项技术，并将研究结果发表在科学期刊《可持续材料与技术》(Sustainable Materials and Technologies)上。 [图片] NUST MISIS有色金属和黄金学系的Alexander Gromov教授解释说:“我们已经开发出一种技术来强化3D打印得到的铝基复合材料，我们还通过燃烧铝粉获得了创新的前体改性剂。”“燃烧产物-氮化物和氧化铝-是专门为烧结支化表面与过渡纳米分子之间形成的制备。这是表面的特殊性质和结构，允许粒子牢牢地附着在铝基体上，从而使得到的复合材料的强度增加一倍。 据研究人员介绍，该方法的优点是成本低、实用性强。目前，该团队正在新技术的帮助下测试原型。

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波音公司与位于印第安纳州的制造专家Thermwood公司合作，为波音公司的777X项目生产大型3D打印部件。该项目表明，增材制造已准备好为航空航天业生产大型高质量的工具零件。 [图片] 早在2011年9月，波音777X被设计为现有的777-300ER改型的加长版，具有更低的燃油经济性毛重和更高的有效载荷能力。波音公司宣布将开发两种改型，777-8和777-9。为了降低总重量，波音公司宣布将采用碳纤维增强聚合物，这种聚合物在787客机上得到了成功应用。 Thermwood公司采用了大规模增材制造(LSAM)机和新开发的垂直分层打印(VLP) 3D打印技术，将刀具制成了一件式打印。LSAM是行业内第一台具有内置数控加工能力的挤压3D打印机。该机器采用两步，近净形生产过程，旨在生产大规模组件。 每台LSAM机器都包括一个3D打印机架和一个实际上是五轴CNC路由器的第二个机架。该部件首先进行3D打印，稍微过大，然后使用CNC路由器修剪成最终尺寸和形状。该过程在自由空间中运行，不需要模具或工具。这些机器有一个10英尺宽，5英尺高的工作区域，长度可在10到100英尺之间调节。 LSAM在同一台机器上提供打印和修剪，可以水平和垂直打印。 [图片] 在与波音公司的联合演示计划中，Thermwood 3D在印第安纳州南部的示范实验室打印并削减了12英尺长（3.66米长）的研发工具，并于2018年8月交付给波音公司。该部分旨在消除组装多个3D打印工具组件所需的额外成本和时间。 该工具使用垂直层打印系统从20％碳纤维增强ABS 3D打印成单件。波音公司还为位于华盛顿州埃弗雷特的室内设计责任中心（IRC）工厂购买了具有VLP功能的Thermwood LSAM机器。 能够以适合现实生产环境的质量水平快速生产大型工具，这是将增材制造从实验室转移到工厂车间的重要一步。

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近年来，我国智慧教育发展如火如荼，尤其是在3D打印、人工智能、大数据分析等科技推动下，教育市场迎来前所未有的发展机遇。据中商产业研究院数据显示，2017年中国3D打印市场规模达到17.5亿元，同比增长47.4%。伴随着中国3D打印技术的相应成熟，在教育领域的需求将持续增加。而正是看到了这样的趋势，以极光尔沃为代表3D打印品牌不断加大教育投入，打造各阶段学校教育3D打印产品，并通过校企合作形式，深入探索3D打印教育课程改革及人才培养模式。 3D打印教育目的在于培养学生的科学兴趣，并学会运用新兴技术解决自己的实际问题。以往中小学课堂教育侧重于理论知识的灌输，在创新思维、实践动手能力等综合素质能力培养方面显得力不从心，而3D打印技术与教育创新融合恰好打破了这种局限。 [图片] 智慧教育的推进者——极光尔沃智能3D打印机 对于学习者而言，3D打印教育整合学科知识与科学技能，通过“理论+实践+娱乐”的多维化教学模式，唤醒学生求知欲，激发学生科学兴趣，让其真正的享受创造和动手的过程。对于教师而言，3D打印教育以实际生活或学习中遇到的问题为项目课题，引导学生大胆探索，制定设计方案并实践验证，有利于促进学生想象力、创造力、动手及分析能力的提升。 极光尔沃在教育领域深耕多年，致力于将3D打印技术应用于现代化课堂教学。历经多年沉淀，极光尔沃已打造完整的基于3D打印技术的智慧教育解决方案，并在全国近千所中小学校落地。而为推动3D打印智慧教育理念的深化普及，极光尔沃旗下教育系列3D打印机入驻中国科技馆、深圳人才公园科技馆等国内外多家科技展馆，以互动体验、价值导向等形式促进3D打印教育应用推广。 [图片] 入驻深圳人才公园科技展馆 极光尔沃3D打印机大放异彩 除了入驻科技展馆外，极尔沃还在多次赞助高校3D打印技能竞赛。比如学生创客节3D打印创意设计大赛、“材料+” 全国3D打印十佳大学生风采展示大赛、2017年深圳好技师——3D打印产品设计与制造竞赛等。通过积极为高校3D打印竞赛提供设备及技术支持，不仅推动3D打印教育应用的落地普及，也帮助高校搭建以专业竞赛为引领的应用型人才培养模式。 长久以来，极光尔沃充分发挥自身优势，专注3D打印技术在教育领域的创新应用研发，竭力推动教育智能化升级，引发行业关注。而在2018年11月17日-19日开幕的第75届中国教育装备展示会，极光尔沃将携领先的智慧教育3D打印装备参展，届时参展嘉宾可以零距离接触教育3D打印应用，体验多元化、互动化的新型课堂教学模式。

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澳大利亚和印度的研究人员开发了一种新的理论模型，可成功预测激光3D打印的残余应力和临界沉积高度。该模型由印度理工学院孟买的Ramesh Singh教授团队与莫纳什大学的Wenyi Yan教授共同开发，研究了热机械行为和通过直接能量沉积技术（如激光熔覆）进行的冶金转化。 [图片] 激光熔覆广泛用于汽车和航空航天工业中零件和结构部件的维护，修理和大修，因为它改善了材料特性。“定向能量沉积方法在航空航天部件，模具和模具的维修和再制造方面具有巨大的潜力，这些部件，模具和模具因循环热机械加载而受到损坏。但是，沉积层中存在拉伸残余应力会降低恢复部件的疲劳寿命。在这项协同工作中开发的完全耦合的热机械和冶金模型已用于确定临界沉积高度，以确保压缩残余应力。沉积层可持续修复。“ [图片] 用Neutron和X射线衍射测量有限元模型预测残余应力的比较。图片来源：澳大利亚核科学技术组织（ANSTO） 他们的工作在《科学报告》杂志上在线发表。在该论文中，研究人员报告说，通过其金属热机械模型预测的激光熔覆钢横截面上残余应力的变化表明存在临界沉积高度。沉积的临界高度对应于层厚度，当沉积时，层厚度将使沉积层和基板中的有益压缩残余应力最大化。低于临界高度的沉积将在界面处产生有害的拉伸残余应力，而高于临界高度的沉积将导致过度稀释。 研究还发现，在沉积的临界高度，凝固速率最小。Kowari残余应力衍射仪用于测量H13钢样品中的宏观残余应力，该样品是用钒含量高的坩埚颗粒冶金钢粉激光包覆的。Kowari残余应力的三维测量是高度准确和非破坏性的。 “使用应变扫描仪器 Kowari，我们能够识别沉积层中的三轴残余应力，这证实了模型预测的位置，”Mark Reid博士的论文的共同作者研究科学家和工业联络经理Anna博士说。激光熔覆包括将熔融金属沉积在相对冷的钢基板上，产生复杂的残余应力分布。 基于热机械性能的理论模型（通常使用）被证明高估了拉伸残余应力并低估了基材和界面中的压缩残余应力。该团队使用印度理工学院的表面X射线衍射测量一个方向的残余应力。然而，重要的是进行独立的完全非破坏性的体积测量，以验证内部测量程序。两种衍射技术都表明在熔体前沿附近存在拉伸残余应力，在沉积层和界面区域中存在压应力。“了解应力并能够预测它们对于增材制造行业非常重要。验证模型非常有益，因为使用该模型进一步优化制造过程将具有成本效益并节省时间，”Paradowska说。 “该模型允许您计算激光位置速率，以达到特定的沉积高度，同时最大限度地减少有害应力的影响，并最大化有益的压缩应力。”该研究的作者建议展示一种科学的技术解决方案，可以提高激光添加剂工艺制造的元件的质量，安全性和经济性。

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来自The Big Bang Fair的英国科学家利用3D打印机为敦东部的一所学校创造了一系列餐饮，以鼓励年轻人追求STEM，促进学生对科学的热爱。科学家们与坎宁镇的圣海伦小学合作，制作3D打印餐，如几何鱼和薯条。 [图片] 来自圣海伦小学的Claire O'Sullivan说：“当Big Bang Fair让我们成为3D打印学校晚宴项目的一部分时，我们很高兴。以这种方式展示STEM是一个绝佳的机会，让我们的学生能够直接看到创新技术，这比在课堂上学习更加激动。” 这是坎宁镇圣海伦小学的儿童菜单： 几何鱼和薯条，包括六角豆，鳕鱼和土豆 花椰菜齿轮 鹰嘴豆泥和鳄梨鳄'蜥蜴'以鳄梨鳞片为特色 斐波那契螺旋南瓜 3D西兰花星星 水果和酸奶Pi 本周在学校午餐时间进行的这顿饭是在Big Bang Fair的一项调查之后进行的，该调查发现，在11-16岁的人中，有71％的人认为在学校使用这种技术至关重要，不仅仅是在科学实验室和教室，在学校的健身房，操场，甚至食堂，40％的人认为这样可以让他们在吃东西时学到知识。 [图片] 年轻人对3D打印的态度的研究也揭示了他们对这项技术所具有的巨大可能性持乐观态度：五分之一（20％）的人认为我们将在3-4年内将家用3D打印机作为常态，三分之二（67％）的孩子认为这将是10年内的常态。“我们的研究和这次试验表明年轻人体验新技术的决心有多大，”Big Bang Fair组织者EngineeringUK的Beth Elgood说。“基于年轻人对未来塑造世界的好奇心，鼓励他们思考，使用新技术。“ [图片] 该团队希望3D打印的美食能激发孩子们从事科学、技术、工程、数学和STEM教育。