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【中國(guó)智能制造網(wǎng) 本站原創(chuàng)】3D打印(增材制造)從動(dòng)植物那里獲益匪淺，其生產(chǎn)材料的改進(jìn)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化都離不開(kāi)仿生學(xué)予以啟發(fā)。人類無(wú)論已在科技這條路上走出了多遠(yuǎn)，回首來(lái)時(shí)路，總能從大自然故鄉(xiāng)中獲得新的啟示。
道法自然 模仿動(dòng)植物讓3D打印更強(qiáng)大
前段時(shí)間，小編曾為大家介紹了仿生學(xué)在機(jī)器人研發(fā)工作中的幾項(xiàng)典型應(yīng)用，其實(shí)在智能制造產(chǎn)業(yè)的其他領(lǐng)域，以大自然為師也同樣具有重要意義。例如3D打印(增材制造)就同樣從動(dòng)植物那里獲益匪淺，其生產(chǎn)材料的改進(jìn)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化都離不開(kāi)仿生學(xué)予以啟發(fā)。
由于技術(shù)特點(diǎn)不同，3D打印道法自然的角度與機(jī)器人有所差異。比起動(dòng)植物的宏觀結(jié)構(gòu)和群體行為模式，3D打印產(chǎn)業(yè)更關(guān)注其組成物質(zhì)和個(gè)體微觀形態(tài)。
一直以來(lái)，材料研發(fā)都是3D打印產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，這不僅是因?yàn)楫?dāng)前可供打印的材料種類還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，更是由既有材料的質(zhì)量水平?jīng)Q定的。3D打印的主流工藝目前仍是材料層累、擠壓成型，這使得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度先天性地弱于傳統(tǒng)制造。在主流工藝未取得大規(guī)模突破之前，想要讓3D打印產(chǎn)品“強(qiáng)硬”起來(lái)，就必須在材料上多下功夫，而動(dòng)植物界有不少值得仿效的對(duì)象。
樹(shù)木的強(qiáng)韌有目共睹，這背后主要是纖維素在支撐。讓纖維素為人類所用成為3D打印界部分人士的重要課題。今年，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的研究人員取得重大進(jìn)展，他們把木材變成納米顆粒 ，隨后與乙二醇混合形成油墨，終將其3D打印成網(wǎng)格狀，獲得了非常強(qiáng)大的微小結(jié)構(gòu)。該材料預(yù)計(jì)將在電池、催化轉(zhuǎn)換器、超級(jí)電容、生物支架等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
有著堅(jiān)硬外殼的動(dòng)物更是備受3D打印業(yè)界關(guān)注。繼麻省理工大學(xué)于今年6月模擬海螺殼開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)度3D打印材料之后，南加州大學(xué)也從另一水生動(dòng)物龍蝦身上收獲靈感，仿照其外殼的結(jié)構(gòu)方式造出了強(qiáng)度大增的新型材料，以用于頭盔等防護(hù)器材的制作。
有了足夠強(qiáng)韌的材料還不夠，3D打印產(chǎn)品的關(guān)鍵使命是要實(shí)現(xiàn)特定功能。很多時(shí)候，仿生是好的選擇。因?yàn)榻?jīng)過(guò)大自然數(shù)億年的千淘萬(wàn)漉，在篩選中留下來(lái)的生物個(gè)個(gè)身懷絕技，模仿它們功能部位的獨(dú)特結(jié)構(gòu)往往勝過(guò)人類自己閉門(mén)造車。
不知你是否觀察或觸碰過(guò)貓的舌頭，那上面布滿了毛刺，摩擦力。這給醫(yī)療和美容界以啟發(fā)，人們?cè)噲D模仿該結(jié)構(gòu)制造清潔用的刷子。而這種均勻分布的微小毛刺結(jié)構(gòu)用3D打印來(lái)制作再合適不過(guò)。佐治亞理工學(xué)院便于去年研制了3D打印貓舌模擬物，目前正在測(cè)試其潛在應(yīng)用。
今年7月，佐治亞理工學(xué)院又根據(jù)另一不起眼的動(dòng)物微小結(jié)構(gòu)推出了新發(fā)明。該校聯(lián)合美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室3D打印了北美洲多音天蠶蛾的羽毛狀觸須。這種小小的觸須是種十分靈敏的氣味傳感器，3D打印技術(shù)成功復(fù)制了其莖、須、感器桿等各個(gè)部分。這一發(fā)明有望用于危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)的探測(cè)，投身安防事業(yè)。
隨著仿生學(xué)與3D打印的合作進(jìn)一步深入，更多新材料與新結(jié)構(gòu)會(huì)涌現(xiàn)出來(lái)，為市場(chǎng)提供更為廣闊的選擇空間，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造飛升的契機(jī)。放眼整個(gè)智能制造領(lǐng)域，從實(shí)體機(jī)器人設(shè)計(jì)到虛擬的人工智能、深度學(xué)習(xí)與算法研究，再到3D打印材料開(kāi)發(fā)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，無(wú)一不與仿生學(xué)有著緊密聯(lián)系。人類無(wú)論已在科技這條路上走出了多遠(yuǎn)，回首來(lái)時(shí)路，總能從大自然故鄉(xiāng)中獲得新的啟示。
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