全球3D打印技術領域領先科研機構之美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL

寂靜天花板

LLNL可以說是全球3D打印技術，尤其是金屬3D打印技術，領域最先進的科研機構了。有大群的科學家在該機構的幾個專門的3D打印實驗室里不斷改進3D打印技術的各個方面。盡管如此，對于公眾來說，這個科研機構仍然相當神秘。幸運地是，近日，LLNL組織了一批媒體到其所在地進行參觀，使我們能夠近距離地觀看這個頂尖的科學組織，以及他們最新的科研成果。
美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)是隸屬于加利福尼亞大學的，位于利弗莫爾。成立于1952年，LLNL最初是作為一個核創新實驗室的目的而建立的，隨著逐年的發展才分支到其他領域。但它仍然很大程度上是由美國能源部的資助下運營的，他們還負責許多國防項目的研究(如機場安全的創新和網絡間諜的預防)，所以我們不難理解LLNL能夠公開給公眾來了解的部分并不多。，它擁有數千名全球一流的科學家，在科學的各個方面進行著無數的創新。除此之外，這里還有一些世界上最快的超級計算機，并為元素周期表添加了5個新的元素，這里的科學家甚至正在研究可以偏轉小行星的技術。  

美國LLNL國家實驗室堪比德國Fraunhofer研究所，是3D打印界首屈一指的研究力量。其共同點在于研究的領域具突破性，很少有其他的研究機構與其類似。LLNL在3D打印領域研究的重點是金屬零部件的制造。實際上，LLNL展示的三個3D打印實驗室有兩個是專注于金屬的。為了說明他們的工作，LLNL展示了他們僅用8天就3D打印出來的一個火箭發動機，而且沒有零部件，完全是一體的。“它是制造奇跡，說明了3D打印技術改變游戲規則的潛力...它并不是簡單的一塊，里面的管道沿著鐘形的開口運行，彎曲地穿過整個部件，使用傳統的方法是不可能實現的。”LLNL說。盡管比現有的替代品效率更高，但是打造成本僅需1萬美元——比行業標準更便宜。

簡單地說，這就是金屬3D打印要給眾多行業帶來的東西。LLNL顯然正在推動這一創新。今年早些時候，我們已經看到LLNL發起了加速認證增材制造倡議，該計劃旨在改進金屬3D打印技術和推動它在各行各業的廣泛應用。這種基于研究的方法將結合物理模型、數據挖掘和不確定性分析，從而優化3D打印金屬零部件和加速其認證過程。更重要的是，他們的努力似乎取得了成效。LLNL透露稱，他們發現導致3D打印金屬結構上的微小孔隙缺陷的原因——從而為可靠、重現性好的金屬3D打印鋪平了道路。就在上個月，LLNL使用一臺基于粉末床的SLM 3D打印機（全世界僅有四臺）在激光器設計方面獲得了突破。這不僅為他們的部分發展項目帶來前所未有的控制，該3D打印裝置還使用了一種前反饋系統，使得它更容易找到 缺陷和驗證部。雖然還在開發中，但它仍算3D打印批量生產的一大進步。

除此之外，LLNL的另一個3D打印實驗室也在試圖突破材料的限制。如果有一件事阻礙了3D打印革命的進行的話，那毫無疑問，就是當下有限的材料。LLNL的研究人員因此正在努力開發那種擁有自然界中不存在屬性的材料，比如擁有夢幻般的強度重量比的非自然微觀結構。早在今年六月，LLNL已經透露成功研發出輕質彈性材料的蜂窩結構。LLNL科學家使用沖擊載荷方法研究了工程晶格結構的動態屬性中材料的協同行為。研究的范圍中有兩種動態屬性，其中一種是壓縮屬性，另一種是晶格結構的彈性屬性。通過微米級的3D打印技術，LLNL科學家可以進一步的操控晶格結構，從而為這些材料帶來介觀尺度上的秩序性和周期性，超越傳統方法的設計的晶格結構無序分布的材料。

另外，塑料、金屬、陶瓷和油墨等材料也都是LLNL實驗室的研究對象。就在過去的幾個月里，LLNL開發出了具有前所未有的熱絕緣和沖擊吸收性能的3D打印泡沫、可以捕獲有害的二氧化碳排放的3D打印蘇打、可以將甲烷轉化成甲醇的3D打印聚合物等。與此相應地，3D打印技術也需要進行調整，以適應這些不同尋常的材料。早在2015年4月，LLNL就取得石墨烯材料應用的突破，實驗室的科研人員以石墨烯氣凝膠做為3D打印的材料，并按照設計好的架構進行3D打印。打印出的石墨稀微格具有優異的導電性和表面積，可以作為存儲能量的新載體，并可用于傳感器、納米電子學、催化、分離等應用。

除了金屬打印和特殊材料的打印，LLNL還研究樹脂的打印，在2015年，LNLL光學工程師Bryan Moran開創了一個新的SLA 3D打印技術稱為大面積投影微立體光刻(LAPµSL)并申請了專利，該方法可用紫外光創建出比以前常見的微立體光刻技術更大、更精細的3D對象。這項技術解決了大與精致的矛盾，有望將光敏樹脂3D打印的應用在間接模具領域推向一個新的高度，包括那些中空的、極輕、高精、極復雜的大型部件的制造技術突破。
此外，LLNL的研究工作并不局限于無生命的金屬、樹脂、復合材料和特殊材料的打印。他們已經通過3D打印干細胞技術來獲得血管的培養，這些血管可以用來給器官和組織供給營養，從而為人類打印完整器官的探索又往前推進了一步。

軒轅天一

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