增材制造
纳米级 3D 打印似乎已做好商业化的准备
3D打印现在很流行。也称为增材制造工艺，在三维或 3D 打印中，使用数字模型而不是模具来创建物体。在此过程中，几层薄材料被添加在一起。
发明者于 1984 年开发了这项技术，但直到最近才开始起飞，因为技术发展使其成为一种可行的制造工艺。
许多行业的制造商在批量生产产品之前都使用这种技术快速制作原型。通过使原型制作更快、更容易、更便宜，3D 打印促进了更多的创新和实验。
如今，随着技术的不断进步和研究的不断进步，3D 打印业务已大幅增长。由于对 3D 打印的兴趣，科学家们现在正在研究微米和纳米尺度的制造技术。
虽然3D打印速度太慢，无法用于大规模生产，但纳米级3D打印可能正好解决这个问题，而且很可能很快就能投入使用。
纳米级 3D 打印及其潜力
自从引入 3D 打印技术以来，制造生产力不断提高。这种增长很大程度上是由于 3D 打印消除了传统制造方法的任何结构或空间限制，从而实现了显着的设计自由度。此外，它还以材料效率高而闻名，具有低废物或无废物制造的潜力。 3D 打印在降低小型制造商的成本和缩短上市时间方面也发挥着至关重要的作用。
然而，大多数 3D 打印的应用仅限于厘米级尺寸。除此之外，机械和材料挑战限制了其主要在研究应用中的使用。因此，为了将 3D 打印扩展到大规模制造规模并超越原型制作，该技术必须解决与尺寸、材料和成本相关的某些挑战。
因此，许多研究人员正在使用多种尺寸的多种材料，这一发展使纳米级 3D 打印成为人们关注的焦点。纳米技术涉及小于 100 纳米的测量，这一尺度非常微小，肉眼看不见。
在纳米级 3D 打印领域，目标是 3D 打印纳米级的物体。这项技术是增材制造领域的一次充满希望的飞跃，能够逐个原子地组装物体。
纳米技术的潜力延伸到提高各个行业的效率和生产力，例如电池、纳米机器人、微电子、医疗设备、半导体和传感器技术。这些领域将在不影响精度的情况下从纳米级制造的精度中获得显着收益。
然而，3D 打印过程（包括纳米级打印）仍然进展缓慢。它还面临可使用的材料类型的限制，特别是在纳米级印刷方面。
2022 年，研究人员开发了一种新的纳米级 3D 打印方法，使用的材料具有出色的抗力能力、提供保护，并且在相同密度下吸收的能量是其他材料的两倍。这一进步在无人机、卫星和微电子等领域开辟了众多应用领域。
采用的另一个主要挑战 3D印刷 技术就是成本。所使用的材料价格昂贵，而3D打印机本身依赖于生产特定规格产品的能力，成本也很高。
此外，软件、技术维护和系统集成的费用进一步增加了该技术的总体成本。由于成本如此之高，3D 打印对于小规模和高度专业化的生产来说仍然更可行。
该领域的研究已经持续了一段时间，以针对不同的问题。例如，几年前，一组研究人员 证明 一种 3D 打印技术，可快速生产具有平滑特征的复杂纳米级 3D 物体。
然而，事实仍然是，尽管纳米级 3D 打印具有推进许多设备的潜力，但其成本却极其高昂。现在这种情况可能最终会改变，因为新的研究发现了一种可以大大降低成本和进入壁垒的方法，使该过程可以商业化。
用光打印微型金属结构的更快、更便宜的方法
- 最新研究 开发了一种基于低强度光打印纳米金属结构的新方法。这种新的基于光的方法速度极快，比目前使用的方法快 480 倍，而且价格便宜。
这项名为“通过超发光光投影 (SLP) 可扩展金属纳米结构打印”的新研究由佐治亚理工学院机械工程项目助理教授 Sourabh K. Saha 和博士 Jungho Choi 最近进行。 。萨哈实验室的学生。
萨哈表示，在制造微型结构时，成本和速度是“科学界大大低估”的两个因素。虽然在科学界被忽视，但这些指标在现实世界中确实非常重要，“当涉及到将发现从实验室转化为工业时”。
“只有当我们拥有考虑到这些指标的制造技术时，我们才能够充分利用纳米技术来造福社会。”
——萨哈说
Choi 和 Saha 也是 SLP 专利申请的发明人，该专利的知识产权转让给佐治亚理工学院研究公司。
这项发表在同行评审科学期刊《先进材料》（Advanced Materials）上的新研究表明，这些研究人员已经开发出一种基于光的方法来打印纳米级金属结构，这种方法更快、更便宜且可扩展。
因此，这项技术有可能改变增材制造领域，因为增材制造成本高昂且速度缓慢。这一突破的成本比目前市场上可用的技术便宜 35 倍。
实际上，多个领域的许多技术进步都依赖于在纳米尺寸金属结构上进行打印的能力，这种技术称为纳米图案化。这些领域包括传感器、电子设备、光子学、太阳能转换、生物医学和诊断以及其他系统。
当谈到纳米级打印时，人们相信该过程需要高强度光源。其中一种工具是飞秒激光器，它向焦点提供超短激光脉冲。
虽然这个工具确实有用，但它可能非常昂贵。由于成本高达 50 万美元，这个工具对于大多数研究实验室，当然还有小企业来说确实不可行。
正如萨哈所指出的，正是这种成本使得这些突破很难看到现实世界的生活，它们最终只是实验室项目。他说：
“作为一个科学界，我们没有能力快速且经济地制造足够的这些纳米材料，这就是为什么有前途的技术通常仅限于实验室，而无法转化为现实世界的应用。”
那么，下一个明显的问题是，真的需要这样一个高强度的工具吗？答案是否定的，正如萨哈所说：
“我们的假设是，我们不需要光源来获得我们想要的打印类型。”
因此，研究人员开始寻找一种成本低、强度低但可以像飞秒激光器一样聚焦的光。他们发现了超辐射发光二极管 (SLED)，并因其商业可用性而被选中。
SLED 是一种基于超发光的边缘发射半导体光源，它将激光二极管的亮度和高功率与传统发光二极管的低相干性相结合。 SLED 发出的光强度明显低于飞秒激光器。
单击此处了解为什么由于先进的 3D 打印技术，缺乏科学恐惧将不再成为问题。
低强度光投影式纳米打印
通过这项研究，Choi 和 Saha 旨在开发第一种投影式打印技术。该系统的设计类似于数字投影仪，将图像从数字变为光学，然后将其显示在玻璃表面上。
然而，这种打印技术产生的图像更加清晰。这种清晰度是利用超辐射光的独特特性来生成缺陷最少的图像的结果。
这种 SLP 或超发光光投影技术可以用较弱的光快速打印亚衍射（比所涉及的光的衍射极限短的尺寸）纳米结构。研究人员利用基于二极管的超辐射光的空间和时间相干特性。
现在，在他们的研究中，他们利用金属盐和其他化学物质来开发一种可以吸收光的透明墨水溶液。当投影系统发出的光照射到溶液时，会引起化学反应，将溶液转化为金属。这些金属纳米颗粒粘附在玻璃表面，从而形成了纳米结构。
作为一种投影式打印技术，意味着它可以一次性打印整个结构。事实上，这种技术不是逐点进行，而是一次性完成所有工作，这使得它比其他传统方法更快。
测试基于光的投影式纳米金属印刷表明，只要图像清晰聚焦，它甚至可以在低强度光下工作。
Choi 和 Saha 表示，其他研究人员可以使用商用硬件快速复制他们的工作。这也不会花费太多，因为他们研究中使用的 SLED 类型的成本仅为 3 美元左右。
通过这种方式，这项研究使小型企业、研究中心甚至个人能够利用该技术并进行实验来进行创新。据崔介绍：
“目前，只有顶尖大学才能获得这些昂贵的技术，即便如此，它们也位于共享设施中，并不总是可用。”
Choi 进一步补充道：
“我们希望使纳米级 3D 打印能力大众化，我们希望我们的研究能够为以低成本实现此类工艺打开大门。”
这一突破具有帮助新技术最终走出研究实验室并进入世界各地使用的真正潜力。
这项研究无疑具有广泛的应用潜力，研究人员表示，他们的技术在光学和等离子体激元领域特别有用，这些领域需要各种复杂的金属纳米结构。
未来它可以使用的其他潜在领域包括用于智能手机、计算机和可穿戴设备的更小、更高效的电子元件。此外，它还可以帮助开发先进的传感器、执行器、微型通信系统、植入物和诊断设备等生物医学设备、用于相机和成像系统的小型光学器件、用于收集能量的微型设备以及具有定制特性的新材料的开发。
纳米级 3D 打印将进一步帮助研究并提出更可行的解决方案。
领先的增材制造公司
现在，让我们来看看几家在增材制造领域处于领先地位的公司：
＃1。 Stratasys公司
这家总部位于美国的 3D 打印解决方案提供商是增材制造行业的国际领导者。 Stratasys 为汽车、医疗保健、教育、航空航天和其他各个行业提供一系列 3D 打印机和材料。该公司还拥有许多用于创建模型、原型、制造工具和生产零件的增材技术专利。
该公司最新的 3D 打印机 F3300 在速度和成本方面都有显着改进。它提供更高的龙门速度、更快的挤出速率和自动校准，以节省时间并提高产量。该机器用于最终用途零件生产，也可用于原型制作。
Stratasys 有限公司 (系统 -1.25％)
Stratasys 的市值为 902.6 亿美元，目前交易价格为 13.05 美元，年初至今 (YTD) 下跌 8.61%。该公司公布的过去 630.52 个月 (TTM) 收入为 1.61 亿美元，每股收益 (TTM) 为 -8.10，市盈率 (TTM) 为 -XNUMX。
＃2。 3D系统
3D Systems 是增材制造行业的知名品牌，提供各种 3D 打印解决方案，从硬件和软件到材料，再到医疗保健、航空航天、国防、汽车、消费品和一般制造等行业。
3D Systems 的技术包括直接金属打印、选择性激光烧结、多喷头打印、彩色喷头打印、立体光刻 (SLA) 和基于 SLA 的生物打印。
去年年底，该公司宣布一款针对患者的 3D 打印颅骨植入物已成功用于巴塞尔大学医院的颅骨成形术。 3D打印颅骨植入物的使用预计将 市场规模2.1亿美元 到本十年末。
3D系统公司 (DDD -0.29％)
677.845D Systems Corp 的市值为 3 万美元，目前股价为 5.08 美元，较年初下跌 20%。该公司公布的收入 (TTM) 为 505.95 亿美元，每股收益 (TTM) 为 -0.74，市盈率 (TTM) 为 -6.85。
＃3。 GE添加剂
GE Additive 是科技巨头通用电气 (General Electric) 的子公司，拥有全面的打印机、耗材和软件解决方案阵容，可帮助不同细分市场的公司进行创新。
上个月，该公司在欧洲最大的增材制造 (AM) 贸易展上展示了其金属粘合剂喷射技术。为此，GE Additive 正在与医疗这一新行业合作，将其视野扩展到航空航天之外。通过粘合剂喷射机，该公司的目标是“在出现供应链问题时提供二次制造方法”。
GE航空航天 (GE +2.02% )
通用电气公司市值为 141.4 亿美元，目前股价为 129.93 美元，年初至今上涨 1.8%。该公司公布的收入 (TTM) 为 67.95 亿美元，每股收益 (TTM) 为 8，市盈率 (TTM) 为 16.24。 GE还支付0.25%的股息收益率。
总结
虽然仍处于研究的早期阶段，但纳米级 2D 打印和增材制造领域正在快速发展。正如我们所看到的，更快、更便宜的印刷技术正在开发中，使纳米级金属印刷具有可扩展性和商业可行性。
随着新研究继续针对成本和材料限制等问题进行研究，我们将看到新的解决方案出现，消除进入壁垒并产生个性化和可持续的产品设计。这将导致该技术在医学、时尚、消费品、先进电子产品等领域得到广泛应用，最终显着增加纳米设备在现实世界中使用的可能性，并使 3D 打印走向市场。
