增材制造研究从动植物获益颇多 模仿动植物让3D打印更强大

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3D打印(增材制造)从动植物那里获益匪浅，其生产材料的改进和产品结构的优化都离不开仿生学予以启发。人类无论已在科技这条路上走出了多远，回首来时路，总能从大自然故乡中获得新的启示。

    前段时间，小编曾为大家介绍了仿生学在机器人研发工作中的几项典型应用，其实在智能制造产业的其他领域，以大自然为师也同样具有重要意义。例如3D打印(增材制造)就同样从动植物那里获益匪浅，其生产材料的改进和产品结构的优化都离不开仿生学予以启发。

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    由于技术特点不同，3D打印道法自然的角度与机器人有所差异。比起动植物的宏观结构和群体行为模式，3D打印产业更关注其组成物质和个体微观形态。

    一直以来，材料研发都是3D打印产业的重要环节，这不仅是因为当前可供打印的材料种类还远远不能满足需求，更是由既有材料的质量水平决定的。3D打印的主流工艺目前仍是材料层累、挤压成型，这使得产品的结构强度先天性地弱于传统制造。在主流工艺未取得大规模突破之前，想要让3D打印产品“强硬”起来，就必须在材料上多下功夫，而动植物界有不少值得仿效的对象。

    树木的强韧有目共睹，这背后主要是纤维素在支撑。让纤维素为人类所用成为3D打印界部分人士的重要课题。今年，美国华盛顿州立大学的研究人员取得重大进展，他们把木材变成纳米颗粒，随后与乙二醇混合形成油墨，最终将其3D打印成网格状，获得了非常强大的微小结构。该材料预计将在电池、催化转换器、超级电容、生物支架等领域有广泛应用。

    有着坚硬外壳的动物更是备受3D打印业界关注。继麻省理工大学于今年6月模拟海螺壳开发出高强度3D打印材料之后，南加州大学也从另一水生动物龙虾身上收获灵感，仿照其外壳的结构方式造出了强度大增的新型材料，以用于头盔等防护器材的制作。

    有了足够强韧的材料还不够，3D打印产品的关键使命是要实现特定功能。很多时候，仿生是最好的选择。因为经过大自然数亿年的千淘万漉，在筛选中留下来的生物个个身怀绝技，模仿它们功能部位的独特结构往往胜过人类自己闭门造车。

    不知你是否观察或触碰过猫的舌头，那上面布满了毛刺，极具摩擦力。这给医疗和美容界以启发，人们试图模仿该结构制造清洁用的刷子。而这种均匀分布的微小毛刺结构用3D打印来制作再合适不过。佐治亚理工学院便于去年研制了3D打印猫舌模拟物，目前正在测试其潜在应用。

    今年7月，佐治亚理工学院又根据另一不起眼的动物微小结构推出了新发明。该校联合美国橡树岭国家实验室3D打印了北美洲多音天蚕蛾的羽毛状触须。这种小小的触须是种十分灵敏的气味传感器，3D打印技术成功复制了其茎、须、感器杆等各个部分。这一发明有望用于危险化学物质的探测，投身安防事业。

    随着仿生学与3D打印的合作进一步深入，更多新材料与新结构会涌现出来，为市场提供更为广阔的选择空间，为产业创造飞升的契机。放眼整个智能制造领域，从实体机器人设计到虚拟的人工智能、深度学习与算法研究，再到3D打印材料开发与结构优化，无一不与仿生学有着紧密联系。人类无论已在科技这条路上走出了多远，回首来时路，总能从大自然故乡中获得新的启示。