直接調制技術
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降尺度的3D打印技術，將使利用微結構和納米結構特性的應用成為可能。然而，現有的金屬3D納米打印技術，需要聚合物-金屬混合物、金屬鹽或流變性油墨，從而限制了材料的選擇和最終結構的純度。盡管此前氣溶膠光刻技術已被用于在預先圖案化的襯底上，組裝高純度3D金屬納米結構陣列，但其幾何形狀有限。
在此，來自韓國浦項科技大學的Junsuk Rho和韓國國立首爾大學的Mansoo Choi等研究者，介紹了一種可使用各種材料直接3D打印金屬納米結構陣列的技術，這種金屬納米結構具有靈活的幾何形狀和可達數百納米的特征尺寸。相關論文以題為“Three-dimensional nanoprinting via charged aerosol jets”發表在Nature上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03353-1
首先，研究者解釋了帶電的氣溶膠噴射是如何集中的？由火花放電產生的帶電氣溶膠和離子，同時注入靜電室，在靜電室中帶有孔陣列的介質掩模與偏置硅襯底分離(圖1a)。掩模與基板的分離是至關重要的，因為它可以使基板自由移動而不接觸正在生長的納米結構，也因為它允許掩模上的孔與正在生長的結構尖端之間的相對距離改變，因而能夠控制匯聚電場線的形狀，最終打印出所需的3D納米結構。
固定掩模下的襯底的運動，由一個3D納米級控制。通過對襯底施加一個負電位，正的氣溶膠和離子被吸引到掩膜上。高流動性的陽離子，首先到達面罩表面，然后是帶電的氣溶膠。離子積累可以防止納米顆粒沉積在掩膜上，并在每個孔周圍形成一個靜電透鏡。這種透鏡聚焦帶正電的氣溶膠，而不會造成在使用模板光刻時發生的堵塞(圖1插圖)。
展開 中國石化非常重視原油直接制化學品技術路線（即“油轉化）”技術的研發應用，已自主研發出兩條“油轉化”技術路線。此次原油蒸汽裂解技術是“油轉化”的路線之一，將原油直接轉化為乙烯、丙烯等化學品。另外一條路線——原油催化裂解技術，已在今年4月實現了全球首次工業化應用，可以直接將原油轉化為輕質烯烴和芳烴等化學品。
11月17日，從中國石化新聞辦獲悉，中國石化重點攻關項目“輕質原油裂解制乙烯技術開發及工業應用”在所屬天津石化工業試驗成功，可直接將原油轉化為乙烯、丙烯等化學品，實現了原油蒸汽裂解技術的國內首次工業化應用。
此次原油蒸汽裂解技術是“油轉化”的路線之一，它“跳過”傳統原油精煉過程，將原油直接轉化為乙烯、丙烯等化學品，相當于麥子可以直接做成面包，省去了磨成面粉的環節。這將大大縮短生產流程、降低生產成本，同時大幅降低能耗和碳排放。
這一技術由中國石化集團公司組織所屬北京化工研究院、工程建設有限公司完成了研發及工程化，在天津石化開展工業試驗。目前已申請中國發明專利45項、國際發明專利1項。據了解，目前全球僅埃克森美孚、中國石化成功實現了該技術的工業化應用。經測算，應用該技術每加工100萬噸原油，可產出化學品近50萬噸，其中乙烯、丙烯、輕芳烴和氫氣等高價值產品近40萬噸，整體技術達國際先進水平，經濟價值巨大。
4月26日，中國石化所屬石油化工科學研究院自主研發的原油催化裂解技術在揚州石化成功進行工業試驗，直接將原油轉化為輕質烯烴和芳烴等化學品。這是原油催化裂解技術的全球首次工業化應用，標志著我國原油直接制化學品技術取得突破性進展，成為世界上原油催化裂解技術路線領跑者。
展開 DMIG（Direct Matrix Input at Grid Points）直接矩陣輸入技術屬于超單元的范疇。在整車級的優化和多方案計算中，借助RADIOSS 的直接矩陣輸入（DMIG）技術，CAE 工程師可以求解超過計算機資源范圍的大問題，同時能夠縮短求解時間，提高計算效率。
這項技術目前應用的還不是很廣泛。在此分享一篇基于Radioss的DMIG仿真分析的論文供大家參考。
RADIOSS直接矩陣輸入技術在整車多方案計算中的應用.pdf
這種新的紅外（IR）PBF技術被稱為直接圖像紅外燒結（DIS）。但南極熊更喜歡叫它為“面燒結”。
紅外面曝光技術，一次燒結一層
其實，南極熊認為，這可以說是一臺近紅外投影儀。但現在，Visitech已經實現了一些粉末材料的燒結。長期以來，塑料PBF通常是指選擇性激光燒結（SLS），激光在粉末床上逐點移動，邊移動邊熔化塑料顆粒。雖然比熔融沉積FDM技術具有更高的分辨率，但它的速度很慢，還需要后期對表面進行處理。正如基于投影儀的數字光處理（DLP）在基于激光的立體光刻（SLA）技術上取得的進展一樣，DIS也將是PBF技術的巨大進化。
△世界上第一個使用 IR 打印的用于燒結粉末床融合（DIS）的船模型。圖片由 Visitech 提供
據Visitech稱，DIS以更高的打印速度、分辨率來改進SLS。一次曝光燒結融合一整層，DIS就像DLP一樣，以指數級的方式提高了SLS的3D打印速度。而且Visitech還開發了一個滾動子系統來堆疊多個光引擎和一個運動平臺，變成滾動投影，將擴大打印的尺寸，并提升生產效率。
△堆疊多個光機來擴大打印尺寸、提升打印速度
Visitech表示，DIS是公司大量研究的結果，他們在DLP光機方面有20年的經驗。為了創造這項技術，必須克服與電源管理和系統冷卻有關的關鍵挑戰。為了在一次照射曝光中實現全層圖像投影，研發團隊必須找到一個足夠強大的光源，來高精度熔化粉末。他們設計了一個能高達120W的紅外投影儀，來滿足高能需求，以便解決SLS單點激光掃描效率低下的問題。
新技術的難點與突破
然而，120W的巨大功率負荷，造成溫度過高，可能會損壞光引擎。
展開 價值
（圖片來源：明尼蘇達大學）
Michael McAlpine 表示：“我們對于這種新型3D打印技術的潛力感到非常興奮，它采用便攜式、輕量、成本低于400美元的3D打印機。我們可以想象，一個士兵可以從背包中拿出這個打印機，將化學傳感器或者他們需要的其他電子產品直接打印到皮膚上。它就像一把未來的‘瑞士君刀’，他們所需要的所有東西都可以通過一個便攜式3D打印機工具實現。”
除了電子器件，這種新型3D打印技術也為其他許多應用鋪平了道路，包括給皮膚病患者打印細胞。McAlpine 的團隊與明尼蘇達大學治療罕見皮膚病的專家 Dean Jakub Tolar 展開合作，成功地采用一種生物墨水，在老鼠皮膚傷口上打印細胞，這將為皮膚病患者帶來更加先進的治療方法。
McAlpine 表示：“在皮膚上直接打印電子器件或者細胞的想法非常吸引我。這是一個如此簡單的想法，但是為未來許多重要應用來說具有無限的潛力。”
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一、案例覆蓋全行業：從航空航天到生物醫藥，
中國石化非常重視原油直接制化學品技術路線（即“油轉化）”技術的研發應用，已自主研發出兩條“油轉化”技術路線。此次原油蒸汽裂解技術是“油轉化”的路線之一，將原油直接轉化為乙烯、丙烯等化學品。另外一條路線——原油催化裂解技術，已在今年4月實現了全球首次工業化應用，可以直接將原油轉化為輕質烯烴和芳烴等化學品。
2021年7月3日，南極熊從外媒了解到，去年挪威公司Visitech發布了能夠燒結塑料粉末的滾動式DLP投影儀的消息，宣布3D打印了尼龍粉末。據稱，它有可能在粉末床熔融（PBF）的領域中開辟出一種高產量和低成本的新方法。這種新的紅外（IR）PBF技術被稱為直接圖像紅外燒結（DIS）。但南極熊更喜歡叫它為“面燒結”。
紅外面曝光技術，一次燒結一層
3D打印已經徹底改變了電子、光學、能源、機器人、生物工程和傳感等領域的制造工藝。降尺度的3D打印技術，將使利用微結構和納米結構特性的應用成為可能。然而，現有的金屬3D納米打印技術，需要聚合物-金屬混合物、金屬鹽或流變性油墨，從而限制了材料的選擇和最終結構的純度。盡管此前氣溶膠光刻技術已被用于在預先圖案化的襯底上，組裝高純度3D金屬納米結構陣列，但其幾何形狀有限。 在此，來自韓國浦項科技大學的Jun
導讀
近日，美國明尼蘇達大學的研究人員采用定制的低成本3D打印機，首次將電子器件打印到人手上。有了這項技術，戰場中的士兵可以將臨時的傳感器打印到身體上，檢測化學或者生物藥劑；也可以將太陽能電池打印到身體上，對于必要的電子產品進行充電。
背景
傳統的3D打印技術，通常依賴于開環的、校準后打印的操作程序。然而，自適應的3D打印技術成為了一種替代方案。它是閉環的，并將實時的反饋控制與功能材料直寫成型技術相結合
DMIG（Direct Matrix Input at Grid Points）直接矩陣輸入技術屬于超單元的范疇。在整車級的優化和多方案計算中，借助RADIOSS 的直接矩陣輸入（DMIG）技術，CAE 工程師可以求解超過計算機資源范圍的大問題，同時能夠縮短求解時間，提高計算效率。
這項技術目前應用的還不是很廣泛。在此分享一篇基于Radioss的DMIG仿真分析的論文供大家參考。
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