纳米技术和增材制造如何结合在一起，产生火花

在可以增强增材制造应用的众多技术中，纳米技术通常是最少被提及的。然而，这两种技术之间的协同作用可以带来超越医疗保健行业的多功能应用。缺乏接触的一个可能原因是对纳米技术以及增材制造和纳米技术如何交织的理解不清楚。

由于某种原因，纳米技术经常与“微型机器人”或“微型3D打印” 技术相混淆。这一活动领域实际上是指纳米尺度的材料科学。它涉及多种科学，如物理、化学、生物学和工程学的许多分支。

增材制造和纳米技术如何交织在一起？

简单来说，一方面增材制造可以应用于纳米技术，另一方面纳米技术也可以应用于增材制造。

在第一种情况下，设计纳米级结构的复杂性和灵活性可以通过3D打印来提高，这意味着增材制造成为一种用于创建纳米级结构和几何形状的工具。在公众看来，这将是一个巨大的进步，因为大多数商用增材技术的分辨率仅为25至50微米（主要是SLA和DLP技术）。几种具有附加性质的纳米技术已经在纳米技术行业中得到普遍使用：双光子光刻、浸没式纳米光刻、电子束聚变和原子层沉积等等。然而，请不要误会，因为这些技术本质上非常脆弱，并且需要极高的精度，因此将它们引入工业市场构成了挑战。

在后一种情况下，由于纳米材料先进且可定制的特性，3D打印零件的特性可以得到改善。在某些方面，我们已经看到了这一点：Tethon3D、Covestro 和 Mechnano 等几家公司正在其光聚合物树脂中添加纳米复合材料，以显着改善材料性能。

这意味着纳米颗粒 (NP) 可以融入 3D 打印主体材料（例如聚合物或陶瓷基体）中，形成纳米复合材料。然后，新材料可用作 FDM、SLS 或 SLA 等增材制造工艺的原材料。这种结合可以填补空白，从而能够生产具有特殊性能的大型几何形状，从而解决增材制造中最常见的问题：与给定增材制造工艺兼容的基材数量有限。

在大多数情况下，这些纳米复合材料是纳米级陶瓷颗粒甚至碳纳米管，但这些材料每天都变得更加先进和独特。因此，材料开发越受到重视，纳米技术的关键作用就越凸显。

结合这两种技术面临哪些挑战？

将纳米技术添加到现有增材制造技术中的主要问题之一是对环境和人身安全的担忧。即使在今天，我们仍在研究微塑料的负面影响，并在我们的海滩和血液中发现它们的痕迹。正如前几代人必须应对汞、铅和石棉的接触一样，世界最不需要的就是应对纳米技术的不必要接触。在许多情况下，纳米技术是安全的——例如，如果你的防晒霜是白色的，这很大程度上是因为它含有能够反射太阳紫外线的二氧化钛纳米粒子，或者洗衣粉中含有的银纳米粒子，它们具有惊人的抗菌作用影响。化妆品中的六方氮化硼片是一种有效的润滑剂，不需要液体或气体分子，更不用说最著名的纳米技术元素之一：铅笔石墨！

有什么应用？

此外，可以从纳米复合材料3D打印中受益的主要行业是生物医学和电子行业。任何结构中原子的更好组织都伴随着材料性能的提高，因此可以设计出更好的设备/结构。含有纳米复合填料的光聚合物树脂已经在材料性能上取得了巨大的飞跃：强度、导热性、电阻、抗冲击性等。例如，通过将碳纳米管和羟基磷灰石（HAp）纳米粒子集成到丙烯酸聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，可以改善人工关节手术固定过程中可能出现的缺陷。

用于SLA、DLP 工艺和某些材料喷射技术的光聚合物树脂将有利于使用纳米技术，因为它们是最容易改进的材料，其次是用于 FDM 工艺的热塑性塑料。由于粉末床熔融和定向能量沉积等技术的加工条件恶劣，金属增材制造可能需要更长的时间才能实现。