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点阵结构可以增加植入物的表面面积，促进成骨细胞迁移到植入物中，并且能够优化多孔体的机械特性以满足所需的负载条件。但是传统的生产工艺无法制造具有复杂点阵结构的脊柱植入物。而金属3D打印-增材制造工艺适合制造这种有助于优化骨整合的点阵结构。[图片]ALIF脊柱融合植入物，胫骨托和髋臼杯。来源：nTopology复杂设计无缝数据在设计用于人体的植入物产品时，工程师需要先进的软件功能来处理极其复杂的几何形状，包括点阵结构创建，拓扑优化和表面质量控制等，不仅需要快速，高度准确和可靠的设计软件，还需要制造流程管理软件来提供质量与制造跟踪，验证和批准所需要的数据支持。获得提供质量与制造跟踪，验证和批准所需要的数据支持对于人体植入物的加工是重要且关键的。这些数据可以与测试结果进行相关性分析，从而进一步提升设计优化能力。拿先前的IMR公司的案例来说，IMR公司通过一系列测试证明了该植入物满足美国食品及药物管理局 (FDA) 规定的标准规格中的所有关键要求。首先测试了植入物的化学特性，确保其符合《ASTM F136外科植入物用等级23锻造钛合金的标准规格》以及《ASTM F3302通过粉末床熔融增材制造钛合金的标准规格》。然后根据ISO 13314测试了多孔结构的机械特性 — ISO 13314是一种测试方法，用于确定多孔金属材料的压缩性能和失效模式。最后通过ASTM 1104和ASTM 1147标准测试方法证明多孔结构不会从植入物本体上剥离。nTopology的nTop平台软件特别为了解决增材制造（AM）的挑战而开发。工程师一直在寻找新的和更好的设计方法来创建骨整合表面，而nTop平台软件先进制造的新功能正在使得满足这些需求变得轻松可行。点阵结构的创建是nTop平台软件另一个优先功能，特别是非常好地满足增材制造的要求。nTop平台强大的建模环境极大地促进了复杂产品的设计与增材制造的结合，并可以通过医疗行业优先考虑的完整可追溯性进行优化。nTop平台是一个用于创建和编辑CAD模型，设计分析和制造输出控制的统一平台。这一点通过IMR公司的案例可以获得更深入的了解。IMR公司通过广泛研究确定了特定病例最适合的植入物尺寸以及在日常生活中，甚至奔跑或跳跃等剧烈运动时，植入物必须承受的负载条件。此外还采集了需要接受脊柱植入物的患者的已知骨质特性。之后，IMR公司联手雷尼绍及nTopology设计了植入物的机械特性，也就是点阵结构中各个胞元的几何特征的函数，以尽可能接近人体骨骼的机械特性，优化多孔点阵结构，从而改善骨整合。植入物的设计参数确定之后，IMR公司使用nTop Platform软件生成了设计文件。然后，nTopology公司与雷尼绍紧密合作，实现软件与硬件互相兼容，从而将设计文件从nTop Platform上无缝传输到RenAM 500M上。要顺利完成从设计到制造的完整增材制造流程，硬件和设计软件必须有效协作。在制造脊柱植入物时，将设计文件从软件上简便地传输到增材制造机器上尤为重要，因为任何多余的中间环节和格式转换均有可能导致出现错误和误差。由于其在高级数学方面的基础，在处理复杂的建模情况下，nTop平台在数据传输或迭代过程中不容易出现错误或模型破坏。满足了产品设计人员的迫切需求，需要快速，创新的设计迭代和优化，以及将设计数据准确地传输到用于制造此类产品的3D打印设备上。nTop平台是开放性的，可以与其他软件工具连接。可以与其他计算机辅助设计（CAD），有限元分析（FEA），计算流体动力学（CFD）及其他软件工具直接集成，并实现极快的处理速度。nTop平台还可以从其他软件中获取设计或数据，并将其用于设计改进或迭代。用户可以轻松地将他们现有的设计或数据导入nTop平台，可以非常快速地执行多物理场分析，并评估性能，稳健性和使用寿命等特性，进一步实现设计优化。[图片]具有改善骨整合的性能优势的带复杂表面结构的增材制造的股骨柄植入物。来源：TU Delft[图片]用于3D打印的股骨柄植入物，nTopology平台提供设计选项，允许设计的快速迭代，在促进骨整合的有序或随机结构之间快速迭代。

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Boeing HorizonX Ventures是波音航空航天公司的种子和中期/成长阶段投资部门，为金属3D打印专家Morf3D提供了进一步的资金支持。成立于2015年的增材制造和咨询服务于2018年获得Horizon X的首次财务支持。这是自2018年的资金支持后和第二批资金，虽然具体金额没有透露，但来自Morf3D报告的报告显示，这是客户需求显著增加之后的决定。波音HorizonX Ventures高级常务董事Brian Schettler评论道：“我们对Morf3D的最新战略投资扩展了我们对工业4.0努力的承诺 ，这些技术可以改变航空航天供应链，以实现未来增长和竞争力。我们继续与MORF3D紧密合作，帮助他们通过加入制造业为更多的航空制造合作伙伴带来创新。”Morf3D增材制造Morf3D提供工程和制造服务。业务的工程方面包括公司的综合设计专业知识，包括概念化和参数优化。 AS9100：D和ISO 9001：2008认证和ITAR注册，该公司的制造服务由一系列金属3D打印机完成，以及完成，检查，认证和数据分析。自2017年以来，该公司已与检验软件专家Sigma Labs结盟，该公司支持Morf3D的质量保证服务。直接金属激光烧结（DMLS）是Morf3D的首选方法，该公司目前拥有至少7个处理此项服务的系统。所有机器均由领先的金属3D打印机制造商EOS提供，包括四个M290，一个M400-1和两个M400-2。 Morf3D还具有精密CNC和放电加工的能力，这是最近由于需求增加而扩大的领域之一。[图片]Morf3D的3D打印机。照片来自Morf3D据报道，除减法制造能力外，Morf3D还扩大了其增材制造业务，并且最近增加了一倍的员工队伍。在2018年的法恩伯勒航展上，Morf3D的创始人兼首席执行官伊万·马德拉（Ivan Madera）在公司接受了更多的卫星和旋翼工艺项目时，似乎提前一年进行了扩建。除波音公司外，Morf3D的客户包括霍尼韦尔和柯林斯航空航天公司。 波音HorizonX Ventures产品组合波音HorizonX Ventures成立于2017年，目前在其投资组合中拥有约20家公司。其中一家公司包括波士顿的金属3D打印机Digital Alloys。在由G20 Ventures领导的B轮融资中，HorizonX在2018年为该公司投资了1290万美元，HorizonX投资组合的其他投资范围从300万美元到3730万美元不等。在评论最近为Morf3D获得的资金时，Morf3D执行官Madera说：“看到我们的战略变得生动，真是令人惊讶。我们的愿景是成为航空航天业金属添加剂制造领域的世界级领导者，这一愿景正在形成，在MORF3D，我们不会在传统意义上出售零件。而是提供整套金属3D打印服务。“[图片] If Madera，Morf3D的创始人兼首席执行官。照片来自Morf3D

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兴起于约30年前的3D打印也被称为增材制造(AM)，起初，3D打印仅为小众爱好，后来很快被用于快速原型(RP)和制造车间，通过增材制造实现更快、成本更低的生产过程。发展到现在，新的生产级打印机和能够取代金属、玻璃强化零件的材料已经闪亮登场，为3D打印在制造领域的应用拓展了全新疆域。 一、为什么选择增材制造？小规模生产增材制造最大的优点之一，就是能够快速且经济地进行一次性或小规模3D打印生产。各领域的设计工程师都开始使用3D打印技术对设计方案进行快速原型，迭代周期从数月缩短到几天，许多设计师前一天设置好设计文件，第二天就能拿到最新的3D设计作品。[图片] 零部件生命周期可持续性影响零部件生命周期的因素有很多，比如环境，制造材料等，使用增材制造代替传统加工方式，不仅能够大幅降低环境对零件的影响，还能对环境产生积极影响，比如环保，由于能够设计强度-重量比更优的零件，用于飞机和汽车等交通工具的轻量零件进一步降低了油耗和尾气排放。此外，还能高度节省材料。因为3D打印过程只使用设计需要的材料。通过使用数字科技，可以将材料置于需要的位置，从而优化零件的构建过程。这不仅减少了废料，同时减少了生产零件所需的能源。更丰富的零件功能当然，对于零件而言，外形固然重要，而功能更加重要。随着坚固、耐用的材料不断增加，人们可以使用碳纤维加强材料打印强度更高的零件，使用灵活材料打印带有活动折页的零件。，以及打印多材料零件。多材料3D打印可以同时打印金属及陶瓷材料，还能够打印多种非金属材料。总之，3D打印出的零件更加丰富，功能强大。 [图片] 供应链重置越来越多的企业将科技作为核心，他们需不断地思考如何缩短生产者到购买者之间的距离，原有的供应链模式是否适合现状。因此，很多公司将增材制造加入现有的供应链中，并且使用三维扫描技术，让客户成为产品设计师，从而获取个性化医疗模型和设备。根据医疗扫描和成像数据为患者量身打造产品，意味着增材制造产品不增加成本的前提下可以完全定制化，这是其他任何制造工艺都无法比拟的。然后，就近使用增材制造生产产品，缩短交付周期，节约交通成本和减少环境影响。由此可见，3D打印技术帮助很多企业重置供应链。设计复杂性与传统加工工艺相比，增材制造能够生产出设计更复杂且结构合理的零件。生产出的零件功能性很强，且轻量化。此外，3D打印可以实现经济、快速的迭代，切断了规模和成本的关系，推动定制化的发展。二、3D打印在不同领域的发展如何？ 航天领域航空航天是增材制造技术的主要应用领域，这是因为增材制造工艺具有高强度-重量性能和设计自由。不仅零件可以被几何优化，减少航空器重量，延长燃料使用时间，同时还可以通过零件设计优化提高发动机效率，因此，越来越多的零件通过增材制造生产。 汽车领域汽车行业最先开始应用增材制造来进行快速原型制造。随着3D打印技术的发展，其在汽车行业的应用逐渐增多，且不断完善。从概念设计和早期原型，到用于展示和测试模型的小规模零部件生产，增材制造已经成为汽车产品开发流程中的常规应用。 [图片] 消费品消费品和快速消费品消费品行业是3D打印技术的主要应用行业之一，尤其是用于设计原型的快速迭代。3D打印为消费品行业带来了设计自由，能够快速迭代，加快产品上市。同样，具有成本效益的小规模生产让设计迭代成为可能。同时，用于打印的先进材料增加了产品的功能性和价值。 医疗领域3D打印已经用于制造针对特定患者的外科刃具、植入体、修复术以及矫正鞋垫和康复夹板等相关设备。CT和MRI扫描数据也可以用于打印患者病理，用于术前规划、教育和医师培训等。外科医生可以使用这些模型提前计划复杂手术流程，减少手术时间及相关费用和风险。教育领域如今，3D打印走进教育行业成为一种常态。很多大学已经开始为学生们增加学习3D打印技术的机会，了解最适合3D打印的制造工艺。3D打印技术也将在教育领域发挥积极的作用。尽管无法准确预测增材制造市场的增长规模，但是不容置疑的是：采用增材制造技术作为增长和创新引擎已经达到了一定水平，颠覆已经近在咫尺！

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随着3D打印技术的出现，工装夹具的制造找到了新的解决方案。3D打印特别适合小批量、复杂产品的制造，对于需要用到工装夹具的企业来说，用3D打印技术来定制的零件，成本低、效率高、效果好。如今，定制的3D打印夹具和固定装置在汽车生产线、医学设备生产、航空航天及其他重工业中的应用已成为普遍现象。Markforged通过复合材料3D打印具备高强度和高精度的工装零部件,使其成为工装夹具和工具应用的理想选择。西门子燃气电力公司应用Markforged 3D打印技术生产切削工具来缩短交货时间，并大幅减少生产成本。[图片]用户的问题西门子燃气电力公司(Siemens Gas & Power)维持了数千户家庭和企业的正常运转。天然气和电力部门是西门子三大运营公司之一，公司生产的压缩机、涡轮机和发电机等业务遍布世界各地。西门子燃气与电力公司已将其Markforged Metal X打印机用于多种金属应用当燃气轮机外壳需要维修时，西门子燃气与动力部门的工程师需要用圆锯快速高效地切割外壳来维护系统。由于外壳具有复杂的轮廓设计，一个标准的电镀圆锯难以满足要求。在过去的几年里，该团队通过从外部购买这种标准的圆锯来解决这一问题，他们先把圆锯运到菲律宾的生产车间定制轮廓板，然后再把圆锯运回美国重新组装。这不是一个经济可靠的解决方案，因为工程师需要等待超过3周的时间才能收到定制的手工工具。 3D打印解决方案经过调查研究，西门子的工程师确定，大多数圆锯部件可以使用3D打印机打印出来，以精确匹配涡轮机的轮廓。在经过一番对比后，该团队认为Markforged的X7工业复合材料打印机是这项工作的最佳选择，并且决定购买使用。“我们买了一个现成的马达和刀片，但其他零件都是使用3D打印机定制生产的，”西门子天然气和电力工程师Sam Dicpetris说。这些部件最初是使用Onyx (短切碳纤维+尼龙)的复合材料打印进行测试的，然后用连续碳纤维进行加固，使零件结构更坚固，强度更好。[图片]西门子的圆锯机壳是用 Onyx复合材料打印制成，然后用连续碳纤维进行加固。使Markforged 3D打印机打印的圆锯零件，使现场涡轮机的维修时间从几周缩短到几天。Dicpetris说：“我们可以切割并制作出一种工具，它能精确地勾勒出我们想要裁剪的东西的轮廓，这与直接从外部购买的零件使完全不同的。”在使用3D打印制造方式进行零件生产后，西门子天然气和电力公司不仅将制造这些工具的时间从几周缩短到几天，提高生产效率。而且在保证零件性能和保持竞争优势的同时，节省了大量成本。Dicpetris估计，团队仅从一个定制的圆锯机上就节省了8000美元，在其他零件生产制作的过程中也节省了数十万美元。“连续碳纤维的强度非常好。虽然本身看起来像一个塑料的零件,但这个内部的强度和普通零件相比完全不同,这个结果让我们非常惊喜!。” 西门子天然气和电力工程师Sam Dicpetris说。[图片]这种圆锯架的制造和组装需要数周时间，使用Markforged3D打印机只花了几天时间。未来发展如今，西门子有超过100名工程师在使用Markforged技术进行生产，工程师们也在不断探索开发新的应用范围。例如使用3D打印涡轮叶片的模块化夹具，以提高产品线和工作流程。打印机每天都在运行，几乎没有停机时间。此外，该公司还购买了一台金属打印机Metal X来定制一次性部件，外部机器车间也在增加了一个Metal X，以满足公司对金属部件快速周转的需求。

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在世界范围内，出现了大量用3D打印机制造人工珊瑚礁的案例。自从亚历克斯·戈德发明了3D打印机模块化的人工珊瑚礁结构之后，他就对这种3D打印机结构产生了极大的兴趣。现在，一个来自孟买的17岁学生也在印度东海岸一个古雅的海滨城市本迪切里创造了他自己的3D打印珊瑚礁，这在潜水者中很受欢迎。斯库巴潜水者悉达多·皮莱在接受当地媒体采访时说，他在过去五年里一直在积极潜水，在这段时间里，他亲眼目睹了海洋温度的上升并出现珊瑚露头现象。“珊瑚礁失去颜色后就会在30天内破碎并死亡。看到海底的死珊瑚这很让人痛心，”皮莱说。“当我16岁的时候，在安达曼潜水时，我就了解到了珊瑚白化和整个海洋生态系统全球形势的不稳定。从那以后，我决定尽我最大的努力去拯救这些海洋动物，因为我觉得这是我欠他们的。”[图片] 受到全球海洋变暖的威胁，印度沿海的浅珊瑚礁生态系统正遭到野蛮性破坏，而且这种情况还在持续影响着珊瑚礁栖息地，珊瑚礁是幼虫和牲畜的重要来源。沉积、疏浚、过度捕捞、污染、使用炸药、不可持续的旅游业和珊瑚开采正在破坏近岸珊瑚礁。当然，这种情况不仅仅出现在印度，根据国家地理，气候变化引发的全球性问题，导致海水变暖破坏珊瑚礁的彩色藻类，使珊瑚挨饿。自2016年以来，澳大利亚大堡礁的一半珊瑚礁已经被漂白致死。 皮莱在国内看到这个问题后，设计并申请了一个连锁块系统的专利，他选择沿着庞迪切里海岸组装，以创建该国第一个3D打印模块化人工礁。这名年轻的学生是孟买商学院（BD Somani School）的11年级学生，他命名了“本宁顿暗礁”项目，以纪念已故音乐家和切斯特·本宁顿（Chester Bennington）另类摇滚乐队林肯的前卫。 去年，皮莱加入位于孟买南部丘奇盖特的创新中心好奇心体育馆后，参加了为期45天的3D打印课程。同时，他与本地治里海洋生物基金会的首席执行官苏内哈·贾加纳坦合作，他多年来一直在努力恢复珊瑚礁生态系统的平衡，并采取行动全面保护海洋生物。她同意用必要的资源帮助他，并指导他进行这个项目。在那之后，皮莱开始研究类似于天然珊瑚床的设计和结构，并提出了一种使模型具有多孔性的方法，以便珊瑚能够附着在模型上。他首先在家里用水泥混合物填充原型模具，最后通过众筹筹集了20万印度卢比（2798美元），并成功生产了约200块3D打印块，每块重11公斤，后来被送到了庞迪切里。然后，坦普尔探险该地区的一个潜水中心，去年7月帮助了他安装，估计将在本月开始托管海洋生物。 皮莱说：“这是一个复杂的结构，因为它必须是多孔的，有缝隙的，这才有利于有机体生长和繁荣。”他创造的第一个设计是他在家里建造的一个塑料模型。但这并没有起作用，经过几次尝试和错误的运行后，他使用水泥和白云石（由碳酸钙镁组成）来制作砌块，并得到了一家同意打印新砌块的公司的帮助。这些木块是用手工设计的，这样它们就可以互相连接，使建造、组装和缩放过程更容易。[图片] 但问题仍然存在，3D打印珊瑚礁是否足以拯救我们的海洋？数以百万计的人们依靠珊瑚礁来获取食物、工作和海岸保护，珊瑚礁上的山脊甚至有助于减少波浪能，为海啸、侵蚀和风暴提供保护。许多利用3D打印技术开发出类似的结构，可以帮助海洋生物生态系统。著名的海洋生物学家库斯托的孙子，法比恩库斯托，帮助开发了加勒比3D打印机珊瑚礁，再次吸引海洋生物。但是珊瑚礁需要生长健康的珊瑚才能正常生存和运作，所以在3D打印结构变得与海洋极其相关之前，也许还需要解决其他全球性问题。

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在信息爆炸时，无论是在工作，还是生活，手机都成为了人们不可或缺的通讯工具，堪称现代的“顺风耳”，人们也越来越离不开手机，此外，随着生活水平日益提高，个性化消费成为主流趋势，人们在使用手机过程中也不例外，比如：手机壳，屏保等。今天就教大家做一个个性化的的手机支架，给你手机找个与众不同，独一无二的依靠。小锦囊1、使用3D One软件，可在官网下载。2、在网上下载黑白线描图片。3、 在制作的过程中，用到的有5个命令，四个快捷方式。命令：1.显示曲线连通性。2.单机修剪。3.矩形。4.拉伸。5.多段线。快捷方式：1.复制。2.粘贴。3.删掉线段。4.拼合线段备注：1、编辑前需要双击编辑物体，成为蓝色才进入草图。2、尺寸按照自己需要的大小。3、配合部分长宽是接触缝隙是单边0.2mm。4、下载高清的线描图就不需修改太多，主要是学习命令部分。1.命令：拉图片打开3D One软件，①把下载的黑白照片拖进去。备注：一定要下载黑白高清的线描。图片模糊使用Photoshop描边。[图片]2命令：删除①Delete删掉多余的线。备注：留下的线都是后面需要拉伸的。 [图片]3命令：显示曲线连通性①点击曲线连通性后，正方体的地方是需要修改。 备注：下一步教修改。[图片]4命令：删除、拼合、修剪①Delete删除多余的线。②点击拼接的线，拉尾端移到拼接的位置。③选择修剪的线。备注：双击要编辑的线，变成蓝色才能编辑。[图片]5.命令：矩形①画一个矩形。备注：长宽可以根据后面的支撑大小决定。[图片]6.命令：复制、粘贴①Ctrl+c复制。②Ctrl+v粘贴。拉尾端移到拼接的位置。备注：一定要平行并且要记住宽度。 [图片]7.命令：拉伸①修改高度。②高度按比例改。备注：数字变成黄色再点击修改。[图片]8命令：多段线①修改为正视图。②按照孔宽度画。③高度超过物体宽度两倍备注：支架的高决定这手机的倾斜度。[图片]9.命令：复制、粘贴①宽度比孔的矩形小0.4毫米。备注：配合件一定要小0.4才卡的进去，要不用锉刀磨。[图片]10.命令：导出STL格式、切片、打印把两个物体摆好位置，将物体导出stl格式，拖入创想三维切片软件，可以修改大小。待切片完成就可以开始打印了！这里我们使用的是创想三维CR-10 3D打印。[图片]最终产品[图片]

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人工心脏瓣膜分为机械瓣膜、生物瓣膜，以及组织工程瓣膜，但无论哪种技术都存在尚未完善之处，所以对理想心脏瓣膜材料的研究还在继续。在人工心脏瓣膜领域，研究者的主要是围绕着提高材料的抗血凝性以及提高人工心脏瓣膜的寿命这两个目标。根据3D科学谷的市场研究，苏黎世联邦理工学院的研究团队提出一种多功能、多材料3D打印技术制造的有机硅心脏瓣膜，通过仿生的特殊设计来实现瓣叶的定制，并通过设计对整个小叶的应力分布进行控制，从而潜在的增加人工瓣膜的寿命。[图片]3D打印有机硅心脏瓣膜。来源：Matter多功能3D打印实现复杂仿生设计瓣膜是心脏内部一个非常重要的结构，形状像花瓣，而且非常的薄，它们相当于心脏中房与房之间和心室与大动脉之间的大门，只能沿着血液流动的方向开启，保证血液顺着一个方向通过心脏，防止血液逆流。正常心脏瓣膜的开放和关闭有赖于瓣膜、瓣环以及腱索和乳头肌等结构，当心脏瓣膜出现结构或功能改变时，血液无法顺利排出，或者排出去的血液逆流回来,而使心脏负荷加重, 就会引发瓣膜性心脏病。[1]瓣膜性心脏病严重而不能用瓣膜分离手术或修补手术恢复或改善瓣膜功能时,则须采用人工心脏瓣膜置换术。苏黎世联邦理工学院的研究团队在研究论文中表示，目前临床中使用的机械心脏瓣膜（MHV）在结构上是耐用的，但在血液上引起高剪切应力，并容易引起溶血和血液凝固，因此接受机械心脏瓣膜植入的患者需要终生服用抗凝药物。生物瓣膜是一种采用生物体非存活组织的瓣膜，包括同种异体瓣膜、自体移植瓣膜和异种瓣膜。常见异种瓣膜包括牛心包瓣膜、猪主动脉瓣等。瓣膜制成后需要镶在特制的瓣架上。生物瓣膜具有较好的生物相容性，只需短期抗凝，血流动力学性能更为优良，但容易出现钙化、破损以及撕裂等问题。虽然近年来生物瓣膜结合经导管介入技术，能够实现微创治疗，但生物瓣膜的钙化问题仍然有待解决。[图片]仿生3D打印瓣膜的多尺度设计。来源：Matter还有一种新兴的人工瓣膜是组织工程瓣膜，这种瓣膜采用干细胞与组织工程支架相结合，可针对患者解剖结构定制，细胞能够根据患者的需要进行适应，重塑和生长，支架则逐渐在体内降解。但这一技术仍处在早期，还存在支架高分子材料表面缺乏细胞识别位点等原因，导致影响种植细胞在其表面粘附生长、种植细胞易于脱落等问题，此外还存在机械强度不足而引起无菌性炎症反应等问题。[2]苏黎世联邦理工学院的研究团队在论文中指出，聚合物人工心脏瓣膜既具有机械性的优异耐久性，又像生物瓣膜那样具有增强的血液动力学功能。在人工心脏瓣膜领域，已有对于聚合物材料的应用，例如机械瓣膜中的聚四氟乙烯（PTFE）缝合环。然而，其中大多数聚合物瓣膜材料尚未达到天然组织的性能，它们仍然会引起血栓和钙化问题，并且在血流循环负荷下，聚合物瓣膜易失效。虽然研究人员致力于找到具有更佳性能的聚合物瓣膜材料，但制造这类人工心脏瓣膜的成本仍然非常高，针对患者的个体化特点进行定制化的制造也难以实现。 [图片]有机硅心脏瓣膜的3D打印过程。来源：Matter在此背景下，苏黎世联邦理工学院的研究团队提出了一种多功能、多材料3D打印技术，用于聚合物人工心脏瓣膜的数字化制造。研究团队使用具有可调机械性能以及生物相容性的有机硅为打印材料，打印工艺基于材料喷射和挤出。[图片]有机硅瓣膜的多功能3D打印工艺（左）具有仿生结构的3D打印有机硅心脏瓣膜（右）来源：Matter这一技术的特点是，可完全根据患者的解剖结构进行定制，并实现复杂的仿生设计结构。研究团队在试验中采用的瓣膜打印材料为一种有机硅材料，这种有机硅瓣膜具有可定制的几何形状和瓣叶结构，类似于天然瓣膜组织。[图片]不同瓣叶结构的心脏循环期有限元计算机模拟。来源：Matter计算机模拟显示，这种仿生的瓣叶结构能够影响整个瓣膜的应力分布，从而最大限度地减少心脏循环期间瓣叶的应力，潜在地增加假体瓣膜的寿命。研究团队的计算分析通过脉冲复制器中的体外实验来补充，以证明在生理压力循环下3D打印有机硅心脏瓣膜的出色血液动力学性能。研究团队在论文中表示，总体而言，这种3D打印技术提供了一个人工心脏瓣膜的独特平台，所制造的瓣膜更接近生物医学植入物的复杂多尺度结构和功能。研究论文”Bioinspired Heart Valve Prosthesis Made by Silicone Additive Manufacturing” 发表于《Cell》子刊《Matter 》的7月刊。参考资料：[1] 美敦力. 瓣膜性心脏疾病健康知识普及系列. https://www.medtronic.com/cn-zh/your-health/conditions/heart-valve-disease.html[2] 卢永要，崔振铎等.各种材料在人工心脏瓣膜中的应用.

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3D打印具有快速、精确、订制化、浪费少等优点，受到各国军方的青睐，被认为是21世纪具有颠覆意义的军事科技之一，将对未来战争产生重要影响。军事专家普遍认为，随着技术成熟度越来越高，不久的将来，3D打印或将成为推动军事工业供应链条变革的重要力量。[图片]可打印核心装备的关键部件美国兰德智库在一份题为《3D打印：先进制造技术促进供应链改革》的报告中指出，3D打印技术已进入向军用、商用和民用领域快速普及的阶段。统计数字显示，在全球13个主要国家的所有涉及3D打印技术的用户中，军方的业务量正以平均每年1.2%的速度增长。正因如此，近年来各主要军事强国开始进行相关布局，以适应军用3D打印技术快速普及的需求。例如，欧洲防务局2016年底启动军用增材制造项目，旨在验证3D打印技术在军事领域的可行性及其可能产生的积极影响；美军以军种为单位，大力推广增材打印项目，并尝试将基于3D打印技术的“移动远征实验室”部署到前沿战地，研究如何利用3D打印技术进行装备维修保障。经过多年发展，目前军用3D打印技术已相当成熟。一些核心装备的关键部件可放心交给3D打印机处理。借助3D打印技术制造出来的军用零部件，不仅精密度和耐用性极高，而且能减少重量，对提升武器装备的作战能力和杀伤力有帮助。据悉，洛-马公司在F-35战斗机中使用3D打印的钛合金零件，并通过飞行测试验证；英国BAE系统公司也使用3D打印技术制造“旋风”战斗机的关键零部件，该公司发言人称，3D打印零部件不仅精密度高、质量可靠，而且成本低廉。“部分零件造价不到100英镑，一架飞机的零部件全部采用3D打印，总共可以节省30万英镑。”军用供应链条或被重塑分析认为，3D打印技术的成熟和普及，将为军事后勤保障领域带来根本性改变。首先是装备保障和维修速度大大提高。现代战场形势瞬息万变，武器装备随时面临被损毁的危险。而在许多情况下，传统保障手段无法及时送达所需的零部件，影响受损装备的修复速度。如果将3D打印设备送到前线，将大大加快这一进程。有报道称，美军在阿富汗战场上部署的可移动3D打印实验室，可以把铝、塑料和钢材等材料现场加工成所需零部件，如此一来，前线不再需要传统的制造链和供应链支持，后勤保障和维修速度将得到大幅提升。其次，3D打印技术的成熟与普及，有助于实现后勤保障“前置化”。后勤保障单位通常位于战场后方，战时向前线运送作战物资和装备，但其供应链很容易遭到破坏。3D打印不存在这些问题，只要有武器的设计图纸、合适的打印材料以及先进的打印设备，士兵可以在战场上按需生产作战物资，真正实现后勤保障“前置化”。例如，某个偏远地区的哨所急需某种关键部件，空军可向其空投聚合物材料，并通过网络将打印图纸文件传送过去，哨所内的3D打印机就能在几小时内将需要的部件打印出来。网络攻击构成最大威胁尽管3D打印能够完美地“制造”出各种军用零部件甚至整体装备，但这并不代表该技术已走向“完美”。实际上，3D打印也存在技术软肋，容易遭受网络攻击。3D打印机的本质是另一种类型的计算机，因此普通计算机面对的安全威胁，包括病毒和网络黑客等，同样会对3D打印机造成威胁。军用3D打印机一旦被黑客侵入或感染病毒，将带来严重后果。通常，黑客通过对成功入侵的3D打印机进行重新编程，使打印出来的军用装备或零件存在缺陷，在使用中引发危险。例如，将打印材料的温度稍微升高或降低，其内部化学结构就会产生变化，打印出来的产品表面看没有任何问题，但强度大大降低。如果打印的是核弹发射装置或潜艇外壳等关键物资，一丝一毫的强度变化或配件错位，最终都将带来安全风险。除上述问题外，网络攻击者还可能通过3D打印机窃取军事网络上的机密资料。一旦某件重要装备资料被窃取，敌方很可能制造出相同的装备或配件用于战斗或训练中，最终对己方造成威胁。

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3D打印技术能够实现高柔性和高复杂性的生产，这使得3D打印技术适用于电动车零部件生产，特别是制造一些对于产品性能和轻量化有着更高要求的部件。而电动汽车作为一种新的产物，也必将呼唤新的制造技术。迄今，拿通过金属3D打印加速汽车行业工业技术应用的头部企业布加迪举例，布加迪已经开发了3D打印的功能性零部件-制动钳、扰流板支架、电机支架以及前桥差速器。布加迪采用选区激光熔化SLM 金属3D打印技术，对电动机支架进行批量生产，电机支架已安装在Chiron系列新型车辆中。[图片]布加迪批量生产的电机支架。来源：SLM Solutions从将产生更深层次的影响力度方面看，宝马牵头的IDAM联合计划目标正是推动“汽车领域的增材制造（AM）技术的工业化和数字化”。这个项目将要对3D打印产业化带来的深远影响。新能源汽车形式上与传统汽车相近，内部改变却很多，由此产生巨大的优化提升空间。在新兴设计领域中高效使用高精度，高质量，全面，统一的辅助设计工具能为企业技术带来持续的高速发展。新能源汽车是高科技综合性产品，除电池、电动机外，车体本身也包含很多高新技术，有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现。新能源电动汽车需要全新车身结构，而决不仅仅是由电动驱动系统代替内燃机。汽车的电动化要求对整个车身进行大范围的改进，因为电动驱动组件对结构空间有全新的要求。对于新能源汽车而言，轻质结构设计意义重大。因为除电池电量外，汽车重量也是行驶距离的一个限制性因素。车辆越轻，允许装备的电池也越多，行驶距离便越远。3D打印技术无论是助力新能源汽车的研发，还是在全新的车身结构，轻质结构的实现，以及汽车内饰、智能互联方面都有着巨大的潜力。面向行业挑战新能源汽车系统组成复杂，涉及到到电、磁、控制、机械、流体等不同的物理域；以及总体、机械、气动外形、电子电气等不同设计部门。如何综合考核各个关键部件的电磁、结构、温升等性能；如何综合评估系统与部件的匹配性；如何在各个设计部门中协调设计？上述问题涉及到横向多域设计，又涉及纵向多层次设计，甚至需要综合考虑流程与数据管理等问题。新能源汽车动力系统均由高性能牵引电机提供扭力输出，在仿真设计和研发过程中涉及到流体、结构、温度、电磁和控制等多个领域的复杂多物理场问题。[图片]GKN和保时捷工程公司联合开发的结构优化的差速器壳体新能源汽车动力电池是一个全新的部件，在设计阶段主要考虑到试用过程的安全性以及使用寿命的管理。这两者分别与汽车的碰撞安全性以及电池的热管理最为相关。碰撞安全性涉及到电池的安全使用与否，而电池包的热管理则很大程度影响电池包的整体寿命和续航里程。整车级EMC测试标准主要限制定了车载发射器和车外辐射源工作时车辆的EMC性能。车内电子设备数量众多，新能源汽车更甚，都有可能成为辐射干扰源或被干扰体，如电机、变流器、各种天线、ECU等，种类繁多、频谱跨度广、且安装位置多样。如果将EMC问题都压缩在整车的最后设计阶段，则设计者需要付出更多的代价。统一的系统，精准的分析针对新能源汽车的各个方面，ANSYS软件提供了统一、精准的分析系统和解决方案。锂电池的散热：ANSYSFluent对单体锂电池定制了MSMD模型，内置三个1D的电化学模型来计算电池内部的电流及热量生成，用于也可以通过自定义的程序来求解电化学反应的过程。MSMD模型可以大大简化单体电芯的热分析过程，并且其计算精度也能够满足工程要求。[图片]ANSYSFluent对锂离子电池包热管理分析，最主要的问题是工作温度问题及电池温度均匀性问题，这个温度均匀性可以分为电池模组内的均匀性和模组之间的温度均匀性。在电池包的热分析中，ANSYS CFD有其巨大的优势：一是模型简化处理方面的优势，电池包内部结构通常非常复杂，其中包含螺栓、支撑结构、铜片等细节，而热分析中所需要的关键部位，如换热流道、电芯等是包裹在这些复杂的结构下，需要提取出来以供CFD计算。使用ANSYS Space Claim几何建模及修复工具则可以较为专业且快捷的对几何模型进行简化处理，并得到用于计算的模型。二是求解器模型方面的优势，ANSYSFluent中的流动方程耦合MSMD模型的电化学方程，可以得到更为准确的温度分布，以更为准确的指导换热设计。[图片]麦格纳国际混合动力汽车电池包热管理模拟。来源：安世亚太 [图片]福特和德尔福合作的全混合电动车电池包散热系统设计。来源：安世亚太[图片]电池模组风道优化案例。来源：安世亚太 针对电池包还需要进行结构强度分析，比如翻转，冲击，跌落分析等。试用ANSYS分析软件，观察电池包在各种工况中结构表现情况，快速，安全，可行。从动画及应力动画可以看到，0~2ms是碰撞时间段，可以看到应力集中区域首先出现在加强筋-下箱体连接尖角处，出现条形分布高应力区域，然后是固定耳片也接触到地面时，相应部位被挤压产生块状分布高应力区域。应力最大约为258Mpa，位于应力集中区域。[图片]电池模组风道优化案例。来源：安世亚太电驱动系统分析新能源汽车电机及驱动/控制系统设计包括电气、电磁、热、流体、结构、噪声、控制等多物理场、多层次、集成化设计内容，迫切需要引进新型电机设计解决方案，透过平台化的方法，形成集多物理场协同设计工具为一体的，糅合高性能计算技术和多学科优化技术的数字化研发环境。电机本体设计根据电机本体永磁化、无刷化、高速化、高效节能化的发展趋势、研发需求和技术挑战，全面考虑了电机本体设计的各方面，包括：- 基于磁路法的电机快速设计、初始方案评估和优化设计；- 基于瞬态电磁场有限元分析的电机精确分析和参数化/优化设计；- 基于有限元的热、应力、形变分析；- 基于有限容积法的流体热分析和散热系统优化；- 基于电磁、热、结构单/双向耦合的多物理场耦合设计；- 基于电磁、振动、噪声自动化设计流程的耦合设计等。通过快速优化传统的电机设计方案，实现高效节能化；通过高效探索和积累无刷及永磁电机设计经验，实现无刷化、永磁化；通过优化设计电机在高速时的电磁和多物理场耦合特性，实现高速化。[图片]电机电磁、结构、热等多物理场耦合设计。来源：安世亚太[图片]ANSYS统一平台下多场耦合计算电机结构，热，声场，电磁场分析。来源：安世亚太EMC/EMI电磁兼容和干扰分析在现代电驱动系统研发中，电磁兼容和干扰日益成为设计瓶颈。以EV/HEV电驱动系统为例：- 牵引电机高速运行，大功率IGBT以几十KHz频率开关所导致的各种高低频电磁干扰将直接影响各种控制信号检测和传导；- 线缆、IGBT、母排、PCB关键路径走线等寄生参数也会直接影响各种功率和控制信号的传导；- PCB控制板级信号串扰和电磁辐射干扰；- 各种车载电磁设备分布在有限的车体空间内，相互之间也存在电磁干扰，影响设备的性能；- 车载各种高低频感应、辐射和传导干扰不仅会影响电磁设备的性能，而且容易导致控制系统误动作或失控，影响整车运行性能，甚至造成故障和事故；如何有效地设计各种共模和差模滤波器，IGBT和控制器封装、车载电磁设备布局、以及各种电磁屏蔽措施都变得至关重要。因此，研发高品质的电驱动系统，就必须解决电磁兼容设计问题。[图片]ANSYS电磁系列软件对不同部级进行分析，统一虚拟实验环境。来源：安世亚太

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日前，据英国皇家化学学会的期刊Material Horizons的一篇论文Immersion precipitation 3D printing (ip3DP)，来自新加坡科技与设计大学的研究人员想出了运用多种常见3D打印耗材材料制备显微镜级微观多孔结构的方法。微观多孔结构具有广泛的商业用途，像是18年8月卡内基梅隆大学副教授Rahul Panat带领他的团队成功制造出微观多孔锂电池，成功将电池容量提升4倍。或是MicGill大学的Damiano Pasini制造出接近天然骨骼多孔结构的3D打印骨骼植入物。无论是用于过滤，电池储存，人体植入物还是化学催化剂等等，微观多孔结构均有着广泛的应用背景和广阔的商业价值。[图片]现如今的显微镜级微观多孔结构，多需要生产工艺制作出来。且制备方法往往用溶液溶解原模型，以析出最终的多孔结构。而多余的可溶解原料也会被浪费。这也加大了生产成本投入。此外，由于生产工艺的限制，生产出的多孔材料也会在几何设计上有所限制。3D打印业，目前流行在耗材中加入可溶的PVA。在打印完成品后，通过溶解PVA，即可得到多孔状结构。而树脂3D打印耗材也有类似的制备多孔物方法，即通过在树脂中添加混合物得到该生产效果。但相比该校的研究成果而言，此生产方法生产出的多孔结构本身可控性就很小。而这种方法下，生产可选用的材料也极其有限。来自新加坡科技与设计大学的研究人员Rahul Karyappa等运用了一种新的打印方法，浸入式3D打印。通过该方法，他们能够打印出孔状结构（孔直径1-20μm）和无孔状微观结构。他们采用了饱和蒸气压及粘度变化范围大的墨水，来用于制造孔状结构。实验中，他们以溶入ABS的丙酮溶液作为墨水。并展示如何通过ABS树脂材料在墨水中的沉积来生产所需的3D打印内部多孔状结构。致孔剂则使液态树脂材料表面产生显微镜级多孔结构的。浸入式3D打印技术能够编织热塑材质内部微米到厘米级的可控孔状结构，对生产3D打印结构和功能性结构提供了极好的样例。 研究者运用了“聚合物-溶剂-非溶剂”的三种物质组合来达到他们理想的孔状沉淀物。 [图片] 上图是一张运用不同的3D打印材料制造出来的多孔状结构。 最必要的是，聚合物会和溶剂混合，这也是3D打印机的制备方法。 而浸入非溶液则会使沉淀形成，并使聚合物在接触非溶剂时固化。