微纳金属探针温度计3D打印技术应用:AFM探针

原标题:学术干货 | 3D打印微纳功能器件典型案例共赏

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3D打印(增材制造)这种层-层(Layer-by-layer)材料沉积的制造工艺在过去几年蓬勃发展。相对传統的切削加工和模具制造3D打印可以更好地创建复杂形状零件。目前新一代的3D打印技术主要集中在多功能打印方面即朝着能够产生完整嘚集成功能器件的方向发展。与此同时纳米技术和3D打印的结合也为材料设计提供了一种新的思路,其在优化材料性能和提高材料多功能性方面具有巨大潜力通过3D打印技术来制备三维微纳结构的功能器件,各个课题组都做了很多讨论当然,关于这方面的文献也算是汗牛充栋这里就列举几个典型的成果。

Maling GouShaochen Chen等人设计了一种仿生3D解毒器件[1],他们通过3D打印技术制备具有3D结构的水凝胶并将具有解毒功能的聚丁二炔(PDA)纳米粒子打印在水凝胶矩阵中,从而制得仿生3D解毒器件纳米粒子可以感测、吸引毒素,而具有类似肝小叶微结构的3D水凝胶基質可以有效地捕获毒素如图1a所示。

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2011年度在中国力学学会领导下,實验力学专业委员会圆满完成了换届工作并积极组织开展系列学术活动,促进我国实验力学研究发展及学术交流

第八届实验力学专业委员会圆满完成届期工作,并与第九届实验力学专业委员会顺利交接新一届实验力学专业委员会主任委员由国防科技大学于起峰院士担任,副主任委员由华南理工大学黄培彦教授、东南大学何小元教授、中国科学技术大学张青川教授、天津大学陈金龙教授和清华大学谢惠囻教授担任并聘任中国科学技术大学伍小平院士、龚兴龙教授,天津大学亢一澜教授北京大学方岱宁教授、方竞教授,四川大学王清遠教授清华大学李喜德教授和北京航空航天大学王晋军教授为特邀委员。新一届实验力学专业委员会下设试验测试技术与方法专业组、實验教学专业组、工程测试技术专业组、空天与武器装备测试技术专业组和学科交叉与复杂环境实验方法专业组其中学科交叉与复杂环境实验方法专业组为新组建的专业组。新一届实验力学专业委员会中吸收大批青年实验力学学者更加生机勃勃。

二、第九届实验力学专業委员会第一次工作会议

中国力学大会-2011暨钱学森诞辰100周年纪念大会期间第九届实验力学专业委员会以及第七届《实验力学》编辑委员会於2011822日晚在哈尔滨联合召开了第一次工作会议。伍小平院士、于起峰院士以及两委委员40余人参加了会议第九届实验力学专委会主任委員国防科技大学于起峰教授,第七届《实验力学》编委会主编天津大学亢一澜教授共同主持了会议中国力学学会副理事长佘振苏教授到會并讲话。

会上第八届实验力学专委会主任委员、清华大学谢惠民教授作了第八届实验力学专委会工作汇报,介绍了第八届实验力学专委会在组织学术交流、促进学科发展、加强国际合作、促进青年工作、搭建交流平台以及组建专业组等方面的工作情况

昆明理工大学建築工程学院郭荣鑫教授汇报了将于2012年在昆明召开的第十三届全国实验力学学术会议及第五届“二十一世纪的实验力学学科发展——海峡两岸实验力学研讨会”筹备情况,介绍了会议准备设置的专题以及将出版论文摘要集、电子版论文集,并将推荐优秀论文在相关学术期刊發表等情况本次工作会议后,将通过实验力学网站等平台继续向两委委员征集学术会议专题和议题并征集推荐大会发言。

专业委员会學科交叉与复杂环境实验方法专业组组长、清华大学冯雪副教授汇报了在组织青年学术交流方面的工作包括举办青年学术研讨会、青年科学家论坛,建设专业委员会网站等情况目前以该专业组为主,正在筹备第二届实验力学青年学者研讨会

中国工程物理研究院一所赵劍衡副所长简要介绍了该所情况,并代表该所希望以极端加载实验条件等交叉学科方向为切入点加强与实验力学界的合作交流,并承办學术会议

《实验力学》常务副主编,中国科学技术大学龚兴龙教授作了《实验力学》编委会工作汇报介绍了近几年来编委会在提高稿件质量、扩大期刊影响等方面采取的措施,并介绍了近几年《实验力学》影响因子、稿件来源、退稿率等方面的统计数据

《实验力学》主编,天津大学亢一澜教授呼吁两委共同办好《实验力学》进一步提高期刊质量、吸收高质量稿件、吸引读者,使《实验力学》成为本領域学术交流和青年成长的乐园为更加完善期刊内容,提高期刊质量新一届编委会还增加了实验流体力学领域的编委。

中国力学学会副理事长、北京大学佘振苏教授在发言中对两委的工作给予充分肯定并提出殷切希望佘振苏教授还介绍了由国际理论与应用力学联合会主办、中国力学学会承办,将于2012年在北京召开的世界力学家大会的情况号召两委委员积极参与,并向力学家大会推荐本次力学大会及专題研讨论优秀成果

会上,两委委员就创建网上交流共享平台、举办实验力学青年沙龙、促进产学研结合、促进数字图像相关等产品工业囮、实验力学界充分合作争取重大科研和工程项目以及通过高水平约稿等提高《实验力学》办刊质量、推荐实验力学学术会议优秀论文茬《实验力学》发表等议题进行了讨论。两委委员还讨论了将明年的实验力学学术会议与中国力学年宣传活动结合以及美国实验力学学會希望在中国举办实验力学大会等事项。

三、中国科协第235次青年科学家论坛——极端复杂测试环境下实验力学的挑战与应对

由中国科协主辦、中国力学学会和北京交通大学承办的中国科协第235次青年科学家论坛于201152729日在北京交通大学举办此次论坛的主题为“极端复杂测試环境下实验力学的挑战与应对”。这是“中国科协青年科学家论坛”自1995年设立以来第二次举办与实验力学有关的论坛本次论坛的执行主席为北京交通大学王正道教授、中国科学技术大学龚兴龙教授、国家特种设备检测研究院丁克勤研究员和清华大学冯雪副教授。

本次论壇邀请代表40余位均是来自国内知名高校和科研院所目前活跃于实验力学科学研究或工程应用前沿的知名青年专家,其中包括多名国家杰絀青年基金获得者和中国科学院百人计划入选者《实验力学》主编亢一澜教授、清华大学谢惠民教授、国际汽车工程学会(SAE)材料建模和测試委员会(MM&T)主席、美国奥克兰大学杨连祥教授等6位国内外实验力学界知名学者列席参加了专题研讨。

出席本次论坛的代表几乎涵盖了目前我國实验力学界知名的青年专家本次论坛主要围绕以下几个重要议题展开了热烈研讨:多场、多尺度材料与结构的实验力学表征模型和方法;生命与仿生科学领域中的实验力学表征手段与方法;热---力耦合场加载与量测表征技术;微/纳材料、微电子技术及信息工程中力学測试新方法、新技术及物理模型的建立;高速列车、大飞机等国家大工程系统中关键承载部件动力特性与结构服役可靠性的力学实验表征技术、基本数据积累方法及长期健康监测;我国自主研发实验力学科学仪器商业化进程中的“关键瓶颈”、突破点及发展策略。

中国特种設备检测研究院研发部主任丁克勤研究员介绍了高参数、高风险特种设备安全检测检测技术的最新研究进展;清华大学冯雪教授介绍了高溫氧化环境下材料力学行为测试方法和技术;天津大学姜楠教授介绍了高超声速尖锥边界层流动稳定性的实验测量研究;“中科院百人计劃入选者”、中国科学技术大学罗喜胜教授报告了激波管中Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验研究;华南理工大学汤立群教授报告了活体水稻力学量的田间測量及水稻力学性能的统计分析研究;北京大学裴永茂特聘研究员报告了电磁功能材料的力--热多场耦合测试技术;兰州大学梁轶瑞教授報告了他们课题组关于风沙电场实验研究的一些最新进展包括实验研究不同风沙环境下风沙电场的变化及分布规律等;中国科学技术大學龚兴龙教授报告了磁流变弹性体的研究进展;2010年“国家杰出青年科学基金”获得者、中国科学院力学研究所张泰华研究员报告了他们最菦发展的一种识别幂硬化材料塑性参数的球压入分析方法;“中科院百人计划入选者”、中国科学院南海海洋研究所周生启研究员系统介紹了湍流热对流、纳米流体和海洋现象的实验研究;内蒙古工业大学赵春旺教授系统介绍了他们将投射电子显微镜和几何位相分析法相结匼测量纳米尺度变形场的研究进展;北京航空航天大学潘兵副教授介绍了最近在高性能数字图像相关方法研究中所取得的重要进展;北京茭通大学王正道教授系统介绍了他们课题组利用电磁技术在系统早期损伤和结构安全性评定方面开展的工作;天津大学陈金龙教授报告了飛机风挡和座舱盖等航空透明材料的工艺应力表征及其银纹演化机理研究成果;2010年“国家杰出青年科学基金”获得者,西南交通大学康国政教授简要地概述了他们最近几年在材料的时间相关棘轮行为、棘轮-疲劳交互作用和先进材料的棘轮行为方面的研究成果;东南大学杨福俊教授系统介绍了关于闭孔泡沫铝的抗冲击及吸能特性实验研究;国防科技大学尚洋副研究员报告了扰动环境下摄像测量像机的标定与在線修正技术研究

与会代表就围绕本次论坛的主题——“极端复杂测试环境下实验力学的挑战和应对”进行了热烈讨论和充分交流,最终形成以下共识和建议:实验力学目前发展趋势是基础性、交叉性和技术性更为突出微纳尺度实验力学技术与装置、多场与多系统实验测量技术、特殊环境与极端条件下力学量检测技术、超声与无损检测技术、力学场可视化技术与实验数据识别等已成为实验力学学科发展的湔沿基础问题。建议国家有关政府部门以及科技部、国家自然科学基金委等部门就相关领域的研究予以重视和优先资助大飞机、高速列車等国家重大设施研发和运营中, 提出许多与力学测量相关的技术科学问题, 迫切需要发展有针对性的检测技术、表征方法以及专门检测仪器,但目前支持这些研究的实验仪器与设备匮乏建议国家相关职能部门在制定上述大工程战略规划时,能设立专门科学仪器与检测方法研究基金从制度上确保我国专用科学仪器研制的制度性和系统性。应进一步加大对具有我国自主产权的原创通用性科学仪器和实验力学软件研制与开发的投入力度充分认识到科学仪器和实验软件研制的长周期、系统性和复杂性,建立相应考核和激励机制;同时要高度重視我国实验科学研究队伍的成长,在国家层面上制定我国实验科学研究队伍的发展战略规划

四、现代光测力学及其应用高级讲习班

由国镓自然科学基金委数理学部和中国力学学会实验力学专业委员会主办的“现代光测力学及其应用高级讲习班”,于73185日在南京东南大學举行

31日上午,讲习班开幕式在东南大学逸夫科技馆多功能厅举行中国力学学会实验力学专业委员会何小元副主任委员主持开幕式,基金委数理学部孟庆国副主任出席开幕式并讲话东南大学沈炯副校长代表学校到会祝贺并致欢迎词。出席开幕式的还有基金委力学处詹卋革处长东南大学人事处长郭小明教授,土木学院院长吴刚教授以及来自清华大学、中国科学技术大学、上海交通大学、天津大学、南京航空航天大学的部分授课专家学者和讲习班全体学员

在为期6天的时间里,首先由清华大学李喜德教授、南京航空航天大学王开福教授、上海交通大学陈巨兵教授和东南大学何小元教授分别教授全息干涉法、散斑法、云纹法和数字图像相关法等现代光测力学的理论课程接着全体学员分为36个组,各自完成了六个现代光测力学的典型实验最后,由包括国防科技大学于起峰院士、美国Correlation Solution公司Hubert Schreier博士在内的国内外12位光测力学领域著名专家介绍了现代光测力学在各个领域的应用

参加本期讲习班的学员有110多名,分别来自全国(包括台湾地区)的50多个夶学、科研院所和企事业单位其中,近七成的学员是从事教学工作的大学教师和已在自己的研究领域有着丰富研究成果的专家教授有菦三成的学员是在读的博士研究生。通过本次讲习班他们不仅学习了现代光测力学的基本理论课程,亲手进行了实验操作还了解了现玳光测力学方法在国防工业、汽车工业、航空航天、生物工程、土木工程以及微电子等众多领域的广泛应用。  

五、中国力学大会-2011暨钱学森誕辰100周年纪念大会期间实验力学分会场及系列专题研讨会

在今年8月份在哈尔滨召开的中国力学大会-2011暨钱学森诞辰100周年纪念大会设立了实驗力学分会场及4个直接相关的专题研讨会。

1)“实验力学”分会场

“实验力学”分会场邀请了22位学者做了学术报告于起峰院士介绍了夶型结构变形摄影测量技术研究进展;亢一澜利用拉曼效应研究了碳纳米管纤维材料多尺度力学行为;吕坚介绍了实验力学在先进高强材料研究和发展中的贡献;邵龙谭介绍了岩土力学和工程试验测试设备研发进展;黄培彦介绍了FRP加固混凝土结构耐久性实验研究;何小元研究了微结构三维动态测试与分析方法;张青川研究了微悬臂梁力学效应和应用;方竞研究了高性能细胞牵引力测量技术;王清远研究了超低周-超高周多时间多尺度疲劳损伤与灾变问题;张泰华研究了脆性材料断裂韧性的纳米压入识别方法;李喜德探讨了微纳米实验固体力学嘚研究进展及其关键问题;龚兴龙通过实验研究了磁流变弹性体阻尼特性;卿新林介绍了结构健康监测技术在飞行器复合材料结构应用中嘚机遇与挑战;赵兵研究了标记物测量的应变信号提取;赵春旺介绍了几何相位分析方法在实验力学测试中的应用;侯振德研究了骨的压電性与电致伸缩效应;何存富介绍了一种低频单一AO模态兰姆波压电换能器研制;励争研究了基于导波的结构损伤检测方法;张东升研究了基于DIC的显微形貌测量与牙纯面微观裂纹的测量技术;姚学锋介绍了先进实验力学在航天航空材料与结构力学行为研究中的发展前景;繆泓介绍了基于数字全息干涉的动态相位提取技术及应用;谢惠民介绍了热障涂层残余应力测量技术及应用。

2)“多尺度实验力学新技术与方法”专题研讨会

“多尺度实验力学新技术与方法”专题研讨会有来自13个学术研究单位的代表分别做了26个精彩的学术报告代表们着重围繞着多尺度实验力学及其相关领域展开讨论,集中展示了近年来我国实验力学领域广大研究人员取得的突出学术成绩李法新提出了基于雙频共振跟踪原子力声学显微镜的非均质材料纳米力学性能扫描测试方法;苏东川介绍了基于AFM探针的材料微区域浅层表面力学性能检测方法研究;李艳杰介绍了随机相移扫描云纹法及其在微区变形测量中的应用;谭晓华针对软材料非线性接触问题开展了数字云纹法实验研究;米红林介绍了基于云纹干涉法的复合材料应变检测技术;辛克浩研究了基于单目视觉的相机标定与结构变形测量方法;程腾介绍了基于無基底焦平面阵列的实时红外图像复原算法研究;杨丽提出了基于声发射技术在温度循环载荷下热障涂层的破环监测与评估方法;冯勃建竝了高液压环境下的非接触式传感器供电及信号传输系统;赵尔强讨论了针对准脆性材料非均匀参数及损伤演化规律的反演测量方法;靳秀青研究了面向立体PIV系统的双目定位技术;王怀文将高速摄影技术应用于硒鼓充气包装件的跌落响应分析中;王正道将实验、数值、理论楿结合讨论了金属探针温度计材料不同变形阶段漏磁场及其对早期损伤的影响;毛卫国将数字图像相关法用用于热障涂层界面破坏研究;嚴冬采用图像相关技术测量了巴西实验圆盘受载端局部损伤对其破坏过程的影响;贾海坤介绍了沉积在基底上的纳米薄膜破坏机理的实验研究;许奎雪讨论了残余应力对Terfenol-D/PZT/Terfenol-D磁电性能的影响;吴尚犬介绍了采用光学读出微梁传感器对中药成分的非标记检测研究;庞家志对脆性材料接触过程中的损伤演化及接触强度校核问题进行了实验分析;李永存利用同步辐射CT技术研究了材料微波烧结微结构演化;李松刚开展了港口受冲击载荷作用的动应力试验研究;吕新涛介绍了针对微弹簧与薄膜动态冲击力学性能的测试研究工作;高雪玉开展了人体头发的微納米力学性能测试;关明智介绍了NiTi纯超导丝低温环境下的拉伸实验研究与分析;符师桦通过实验手段分析了时效对Al-Mg-Si合金中PLC效应的影响;杨曉波研究了热障涂层在热震过程中的力学性能。

3)“空天飞行器与武器装备实验力学及其测试技术”专题研讨会

“空天飞行器与武器装備实验力学及其测试技术”专题研讨会上与会代表分别介绍了各自所从事的研究进展及应用情况并展开了深入的研讨。潘兵介绍了高温環境下全场高温变形测量的新技术;范华林介绍了对点阵复合材料承力筒承载力所开展的试验研究成果;马寅佶介绍了对热防护结构进行非定常热流热固耦合及实验表征的工作成果;柯玉超介绍了通过建模模拟和实验对飞机舱门密封件力学性能开展的研究工作;李卫国介绍叻在超高温陶瓷材料高温强度实验测试技术及表征方法方面取得的研究成果;唐敏锦介绍了在纳米压印制栅技术方面的研究成果及其在热障涂层力学行为研究中的应用情况;白龙介绍了一种可以有效消除背景噪声并适用于观测非平稳信号的基于状态观测器理论的波束形成实時算法;许蔚介绍了在透明件应力场数字全息光弹检测技术方面的研究成果;吴大方介绍了在高速飞行器轻质防热材料隔热性能研究和高速巡航导弹翼面结构高温热-振联合试验研究方面的成果;苏飞介绍了对非晶铁磁纤维复合材料电磁散射特征进行实验研究的成果;尚洋介紹了一种测量纯平移一维目标运动参数的单摄像机测量新方法;刘进博介绍了对单目运动轨迹交会测量方法影响因素进行仿真实验分析的荿果;陈犇介绍了一种基于线-面交会进行可见光和红外图像对目标联合定位的方法;熊夏青介绍了基于压电应变模态分析方法对压电层合智能结构损伤进行识别与评估的研究成果;甘才俊介绍了对不同对流马赫数下气动光学效应进行实验研究的工作;卫剑征介绍了对小卫星充气式重力梯度杆进行振动测试分析的研究成果;胡海涛介绍了针对振动状态对航空用某型铝合金悬臂梁振动疲劳特性影响开展的实验研究工作及其成果;张生贵介绍了所开展的飞机结构强度虚拟试验技术研究工作;付敏瑞介绍了其基于FPGA所进行光学形貌测量系统设计工作;迋显介绍了其基于GPU加速实现数字图像相关算法的工作;曾祥福介绍了基于高速摄像和三维数字图像相关进行结构在高速冲击下动态三维变形测量实验研究的成果;张为雯介绍了对一类航天领域应用的典型装置进行环境试验研究的成果;张旦闻介绍了将数字散斑图像分析应用於扫描电镜三维重构进行刀具磨损检测的研究成果;孙平介绍了在大错位方棱镜及数字散斑三维载频调制实验技术方面的研究成果;任青烸介绍了在高超声速飞行器可重复使用柔性热防护系统隔热性能试验研究方面的成果;王超介绍了一种在弹头着靶试验中应用单摄像机进荇立体测量的新方法;王克俭介绍了一种基于指数型乘积函数模型定量分析聚合物共混体系挤出胀大行为的新方法;刘战伟介绍了在微器件冲击加载测试系统研制与应用方面取得的系列创新成果;孟庆海介绍了一种小波变换相空间重构SVD新方法及其在振动信号处理中的应用情況;孙祥一介绍了测量导弹战斗部解爆点位置的声学测量方法;黄银介绍了基于数字图像相关方法进行玻璃纤维复合材料疲劳裂纹扩展特性研究的成果;殷春浩介绍了对强磁性材料磁应力及其分布进行测量的磁性应力测量技术

4)“力学专业实验力学教学”专题研讨会

“仂学专业实验力学教学”专题研讨会上,陈巨兵介绍了首届全国大学生力学实验竞赛情况并提出了几点思考意见;王开福介绍了航空测试專业光测力学课程的规划与建设;蒋明介绍了《工程力学》课程中的创新实验开发与实验室建设情况;马沁巍介绍了力学虚拟实验系统及其在实验力学教学中的作用;刘生贵介绍了强化工程实践的工程力学教学改革;严晓新介绍了建筑学专业的建筑力学教学新思路;米红林介绍了现代教育技术在光测力学课程中的应用;尹莉探讨了工程力学教材内容的革新;吴江龙介绍了压杆稳定临界力测试方法及相关实验敎学设备研制;何小元介绍了现代光测力学在实验力学教学中的地位和作用

5 “实验力学青年沙龙”

“实验力学青年沙龙”共有来自16個学术研究单位的代表分别做了20余个学术报告,并针对实验力学青年学者的成长等问题开展了深入研讨李应卫介绍了PZT压电陶瓷畴变过程嘚在线观测实验方法及其失效机理;陈凡秀介绍了三点/四点弯曲方法测量低碳钢的断裂韧性;仇巍介绍了显微拉曼光谱技术在微尺度实验仂学中的应用;干瑞杰介绍了一种新型疲劳损伤的磁记忆检测方法;冯雪介绍了高温激光干涉方法及其在氧化薄膜应力测试中的应用;马尐鹏介绍了相机自发热及环境温度引起的测量误差;吴臣武介绍了残余应力对薄膜/基体界面结合强度的影响;王怀文介绍了风力发电机叶爿复合材料力学性能实验及复合材料损伤规律;张兴义介绍了高温超导悬浮系统动态特性的实验研究及自行研制的相关实验设备;杨丽介紹了基于小波变换的声发射技术测量热障涂层失效过程;毛卫国介绍了热力耦合载荷下壳体结构热障涂层界面屈曲破坏及相应的破坏评价准则;焦敬品介绍了接地网导体SH波无损检测实验研究;于合龙介绍了基于图像识别技术的非接触高温热变形测量方法;夏热介绍了纳米多孔金属探针温度计材料力学测试方法;谢莉介绍了自行研制的颗粒碰撞带电量测量装置及相关实验;张伟旭介绍了通过实验结合理论计算嘚手段分析热载荷下石油管道失效机理;苏恒强介绍了将具有仿射不变性的最稳定极值区域(MSER)特征检测方法应用到高温复杂环境下位移與变形场的测量;贾永霞介绍了PIV实验定量分析低速轴流风机内部湍流场中雷诺剪切应力与平均速度剪切变形率的时空相位关系;熊春阳介紹了快速数字图像相关算法研究并研发出一系列可用于精确表征细胞与三维基底相互作用的实验力学手段;索涛介绍了高温、高应变率耦匼环境下的力学行为的实验表征方法;庄国志介绍了基于光纤光栅的移动质量载荷检测方法及系统误差标定。

六、第四届“二十一世纪的實验力学学科发展-海峡两岸实验力学研讨会”

由台北科技大学主办天津大学和清华大学协办的第四届“二十一世纪的实验力学学科发展-海峡两岸实验力学研讨会”于2011112026日在我国台湾省台北市举行。来自天津大学、清华大学(北京)、台北科技大学、成功大学、清华大學(新竹)等10余所院校和科研单位的42名高层次青年科学家和工程专家进行了广泛地交流大会由清华大学(新竹)王伟中教授、成功大学陳元方教授、台北科技大学林世聪教授和天津大学亢一澜教授、清华大学(北京)谢惠民、东南大学何小元教授担任大会共同主席。

本次研讨会在台北科技大学第六教学大楼举行主办方台北科技大学机电学院杨哲化院长到会致辞, 祝贺本次会议的召开。台北科技大学林世聪敎授介绍了台北科技大学的历史和基本情况清华大学(新竹)王伟中教授、清华大学(北京)谢惠民教授分别致辞,回顾了两岸研讨会曆史和宗旨并代表大家感谢会议主办方精心细致的筹备工作

本次会议上,两岸学者主要就二十一世纪的实验力学学科发展的方向、目标、新测试方法及应用等内容进行了研讨并交流了各自在实验力学领域研究中取得的新进展与新成果。会议内容包括7个方面: 光测技术和应鼡、非破坏检测技术和应用、微机电和纳米技术、实验分析中的混合方法和特征技术、生物力学的测试方法、动态与特殊环境下得实验力學测量技术、工程结构的应用及其它通过本次会议,增进了两岸学者的了解;扩大了交流与合作充分展示了两岸学者的最新研究成果,促进了两岸实验力学学科的发展

会议期间同时还召开了海峡两岸实验力学研讨会筹备委员会会议,商定在下次会议的参会代表将以两岸青年学者为主体为学术交流注入新的活力和动力,使得两岸实验力学交流后继有人实现可持续发展。会议决定将于20127月下旬在云南渻昆明市召开第五届海峡两岸实验力学研讨会由昆明理工大学承办,具体事宜由郭荣鑫教授负责在参访期间,代表团还顺访了清华大學(新竹)、工业技术研究院、中兴大学等两岸学者通过座谈的方式了解双方科研工作的情况,探讨了进一步进行科研合作及联合培养研究生的可能性

本次会议的成功举行,为两岸实验力学学者之间进一步的学术交流与合作提供了的交流平台和契机双方代表一致认为,会议达到了预期目的并期待进一步加强合作,实现共赢和发展

与人体组织具有相似性能的软材料在现代跨学科研究中发挥了关键作用其被广泛用于生物医疗中。与传统加工方法相比3D打印可实现复杂结构的快速原型制作和批量定淛,非常适合加工软材料(软物质)然而,软材料的3D打印的发展仍处于早期阶段并且面临许多挑战,包括可打印材料有限打印分辨率和速度低以及打印结构多功能性差等。EFL团队

1)如何便捷开发可打印材料

2)如何选择合适的方法并提高打印分辨率?

3)如何通过3D打印直接构建复杂软结构/系统

我们回顾了用于打印软聚合物材料的主流3D打印技术,归纳了如何提高打印分辨率和速度选择合适的打印技术,開发新颖的可打印材料以及打印多种材料系统总结了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展。

1. 主流3D打茚技术概述 受到软材料独特的理化性质限制当前打印软材料的主流技术主要有四种:激光熔融烧结(SLS)、光固化打印(SLA、DLP、CLIP、CAL)、喷墨咑印(InkjetPrinting、E-jet)、挤出打印(FDM、DIW、EHDP)等。每种方法都有自己各自的材料要求以及打印特性本综述详细介绍了各打印方法的原理、材料要求、咑印速度、打印精度和多材料能力,为选择合适的打印方法提供了指南


图1 3D打印软材料使用的主流技术

2.多材料3D打印进展概述 与单一材料的咑印相比,多材料3D打印能够直接构造复杂的功能结构具有更强的可定制性。本综述将软材料的多材料3D进展分为两类:复合材料的3D打印和哆种材料的3D打印前者直接使用复合材料作为打印材料构造复杂结构,后者则通过3D打印过程来构建多材料结构

使用多材料3D打印的最终目嘚是为了构建具有强大功能的结构。具体而言将复合材料运用到3D打印中主要为了:

1)提高材料可打印性;

2)提高材料机械性能;

3)赋予材料新的理化性质(如导电性、磁响应性、形状记忆性等);

4)利用可牺牲组分构建多孔结构。

而对于多种材料的3D打印则有多种方法来實现多材料的集成,包括:

1)多喷头/多墨盒打印;

1)可牺牲的支撑以构建复杂结构;

2)多材料的耦合实现机械增强;

3)不同功能的材料集荿以构建具有实际功能的结构

本综述系统概括了相关的进展,为如何利用多材料3D打印构造具有优良性能和强大功能的软材料系统提供了指导


图2 多材料3D打印概述

3.软材料3D打印的应用 3D打印能够便捷地集成多种材料,实现快速原型为多学科交叉领域应用的验证提供了强大的工具。而软材料具有和生物体相似的性质在于生物相关的领域发挥了越来越重要的作用。本综述介绍了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展为软材料3D打印的应用指明了可能的方向。


图3 3D打印仿生结构

图4 3D打印柔性电子

图5 3D打印软机器人

4.展望 未來集成多种材料以实现复杂应用将会是大势所趋,软材料3D打印的研究重点会在:

1)集成高精度和高速度打印以满足复杂结构快速原型的需要;

2)开发高度集成的多材料3D打印技术来满足对具有高功能性和复杂多尺度几何形状的打印结构的需求;

3)开发新型的打印材料以丰富咑印结构的功能;

4)将仿生学思想融入设计过程中来构建超性能结构


图7 软材料3D打印的未来发展展望


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等激光与增材制造技术项目进行无偿资助!

2019年8月28日,广东省科学技术厅、广东省增材制慥协会 消息为全面贯彻落实党的十九大和习近平总书记关于加强关键核心技术攻关的系列重要讲话精神,按照省第十二次党代会、十二屆四次、六次全会和全省科技创新大会相关部署落实《“十三五”广东省科技创新规划(2016~2020年)》《广东省重点领域研发计划实施方案》,以国家战略和广东产业发展需求为牵引瞄准国际最前沿,集聚国内优势团队集中力量联合攻关一批制约产业创新发展的重大技术瓶颈,掌握自主知识产权取得若干标志性成果,启动实施“激光与增材制造”重大专项

是:围绕广东省战略性新兴产业重点领域,在噭光制造与增材制造的高性能关键器件/部件、重大关键技术方面取得突破性进展解决激光制造与增材制造原创性技术不足和关键核心技術上的“卡脖子”问题。进一步攻克激光制造与增材制造领域的核心技术和关键工艺不断推进技术迭代,研制一批激光制造与增材制造智能装备并实现典型应用示范,形成激光制造与增材制造技术创新和产业高地促进广东高端制造产业的发展和传统制造产业的转型升級。

本专项重点部署三个专题拟支持10个项目,项目实施周期为3年申报时研究内容必须涵盖该项目下所列的全部内容,项目完成时应完荿该项目下所列所有考核指标参研单位总数不得超过10个。所有项目除特殊说明外鼓励大型企业联合创新型中小企业、高校、科研院所等单位,开展产学研合作申报


专题一 、 高性能关键器件、 部件(专题编号: )
项目 1 高稳定紫外超快激光器

研究内容:研制高重频、窄脉寬、高平均功率的355nm紫外激光光源。开展大尺寸晶体材料、高抗损伤镀膜、非线性频率变换等技术研究;突破高功率皮秒、飞秒超快激光种孓光源、啁啾放大、色散补偿、SBS抑制等关键技术;完成整机热效应抑制、光束质量演化与主动操控、双轴晶体走离补偿、工程化装调工艺、可靠性等技术研究;实现355nm工业级皮秒、飞秒紫外超快激光器产业化和应用示范

考核指标:研发完全自主高稳定紫外皮秒、飞秒激光器。

项目 2 高亮度半导体激光器芯片及应用

研究内容:针对半导体激光芯片的重大需求开展激光增益芯片超低反射率腔面膜设计、制造和腔媔钝化技术以及有源区和波导结构研究;开展外腔反馈对激光增益芯片内部光场分布的调控及芯片可靠性等性能影响研究;开展激光增益芯片封装对外腔反馈光谱锁定影响技术和密集型光谱合束技术研究;突破激光增益芯片光谱锁定及防串扰、光谱合束谱宽窄化等关键技术,完成芯片制造、集成、封装、可靠性等国产化及小批量生产

项目 3 工业用高亮度半导体激光器

研究内容 :面向制造业领域对大功率高亮喥激光光源的重大需求,基于国产半导体激光芯片开展双面主动散热、热沉、大功率多光束合成、光纤耦合、光束整形等关键技术研究,突破半导体激光器失效机理、芯片腔面特殊处理技术与工艺实现大功率半导体激光器制造、集成、封装、测试和可靠性的国产化及小批量生产。

考核指标 :研发完全自主的高稳定紫外超快激光器

项目 4 大功率蓝光半导体激光器与应用

研究内容 :研制450nm大功率蓝光半导体激咣光源。开展蓝光半导体激光芯片的材料生长、流片工艺、封装以及光束准直、光束整形、空间合束、偏振合束和光纤耦合技术等技术研究突破芯片腔面特殊处理技术与工艺、散热、热沉、失效机理及寿命评价等关键技术,实现大功率蓝光半导体激光器制造、集成、封装、测试及可靠性等国产化、批量化生产与推广应用

专题二、重大关键技术 (专题编号: )


项目 1 4D打印专用材料与变体结构智能打印调控技術

研究内容 :面向复杂智能“异质异构”构件制造的可控变形、变性和变功能的应用需求,研究4D打印用陶瓷前驱体和高品质钛镍形状记忆匼金粉末等的制备技术建立4D打印缺陷抑制策略与组织性能调控之间的关系,突破4D打印构件质量稳定性调控技术研究形状记忆材料4D打印結构的智能变形行为,开展4D打印智能构件的创新设计与性能表征实现4D打印智能构件的创新应用。

考核指标 :研发4D打印专用装备2台/套

项目 2 复杂三维微纳结构器件高精度增材制造技术

:面向高效低成本制造复杂三维精细结构器件的需求,解决传统精密注塑工艺对复杂精细结構器件的加工难度大、研发周期长、成本高等问题研究微纳结构增材制造工艺与器件功能需求匹配的成形材料体系,开发应用于复杂三維微结构器件的高精度增材制造技术、高性能材料及其打印工艺实现微纳特征的三维结构与功能一体化制造;开展以微机电系统、精密連接器、微纳电子、精密医疗器件、生物芯片等对象的复杂三维精细结构器件应用研究,并形成应用示范

考核指标:研发微纳结构增材淛造装备1台/套。

支持方式:本项目要求企业牵头申报无偿资助。

专题三 、 重大装备与应用 (专题编号: )


项目 1 非金属探针温度计材料超高速光固化增材制造关键技术与装备

研究内容:面向非金属探针温度计精密部件在汽车、医疗和航空航天等领域应用需求开展高速连续咣固化增材制造理论、流体与热力学仿真技术研究,完成连续均质可控光固化生长反应部件等关键技术攻关和装备系统研制实现高分子、陶瓷等非金属探针温度计材料的复杂结构功能一体化部件的制备;突破非金属探针温度计材料光固化增材制造的效率和精度的瓶颈,推動非金属探针温度计材料高精度高速成型制备工艺的产业化

支持方式:本项目要求企业牵头申报,无偿资助

项目 2 高效大尺寸激光选区熔化增材制造及复合制造工艺与装备

研究内容:针对现有金属探针温度计增材制造技术难以兼顾高效率、高精度和低成本制造的瓶颈问题,研究高效大尺寸高精度成形的装备设计原理与实现方法、粉末预热温度的设计与控制方法、同一成形区域多振镜协同高速动态调焦成形、成形自适应分层与自适应工艺参数等开发高可靠性气氛控制、多材料工艺参数自主优化与决策、打印前后处理全闭环与智能化生产装備。建立增材制造装备的相关工艺数据库和标准规范开展在工程制造领域中直接应用和传统结构精准定位复合制造中的应用。

考核指标:研发金属探针温度计激光选区熔化增材制造装备1台/套

支持方式:本项目要求企业牵头申报,无偿资助

项目 3 面向骨精准修复的生物活性材料增材制造技术与装备

研究内容:针对金属探针温度计、高分子定制式骨植入体生物活性差、不具有再生修复能力等临床问题,开展苼物活性骨诱导再生材料的规模化增材制备技术研究实现具有天然骨组织仿生微观结构、宏观尺寸精准匹配的多级功能骨修复体的制备;开展多喷头高精度、高通量、协同打印等关键技术研究,研制可打印多组分复杂结构的生物增材制造装备;开展医学临床应用研究建竝增材制造定制式生物活性修复体的质量标准规范,并形成临床应用示范

支持方式:本项目要求企业牵头申报,无偿资助

项目 4 超快激咣多轴精密加工刀具装备 研发与应用

研究内容:研发超快激光多轴精密加工刀具关键工艺技术与装备。攻克激光振镜模块与多轴运动平台聯动的关键技术瓶颈实现多轴加工装备的高静态刚度和动态响应稳定性,保证曲线加工中激光光斑质量及焦点的稳定运动;研发满足刀具复杂型面特点及大曲率曲面激光成型加工需求的运动控制、插补方式、残余识别等控制技术以及轨迹监控、自诊断技术和数控系统开放式通信技术;建立成套典型刀具的激光多轴联动数控加工工艺数据库;制造的复杂型面刀具满足超硬材料、硬质合金、超硬涂层、陶瓷等的加工要求,实现在汽车、模具、航空航天等领域的推广应用


3D打印压电智能材料柔性片

自1880年居裏兄弟发现压电效应以来除了应用于煤气灶或是热水器等日常电器的点火装置,在工业中也有极为广泛的应用利用压电材料的特性可實现机械振动和交流电的互相转换,因而广泛应用于传感器、换能器、驱动器等器件中

由压电材料所制成的压电器件进一步被应用于航涳航天、医疗、机器人等领域中。

F/A-18飞机垂尾抖振压电主动控制

美国F/A-18飞机在飞行时间不超过1000h就发生了后机身框段的振动疲劳损伤对于该型號飞机振动问题,包括美国在内的多个国家开展了减振研究通过优化压电作动器配置来控制垂尾的振动,对垂尾振动进行有效控制后尾翼根部振动疲劳损伤得到有效的控制。

压电催化效应美白牙齿的机理

南京理工大学材料学院/格莱特研究院汪尧进教授课题组与北京大学ロ腔医学院等单位合作提出了压电材料在口腔医学领域的新应用,将压电材料与口腔护理相结合利用刷牙过程中牙刷产生的振动,激發压电材料的压电响应通过压电催化效应,实现了高效、安全、无损的牙齿美白.

「 压电器件制造工艺 」
目前传统的制造技术虽已多年進步,但其工艺复杂昂贵同时又存在压电材料固有的脆性,随着压电器件结构变得越来越小复杂程度逐年增加,传统的制造工艺已难鉯满足压电器件的生产需要极大限制了压电材料的潜能和发展前景。

3D打印压电材料的打印阶段

为了解决上述问题美国弗吉尼亚理工大學工学院机械工程系助理教授、高分子创新研究所团队开发出一种3D打印压电材料的新方法。这些压电材料经过专门设计可将任意方向上嘚运动、冲击与压力转化为电能。

组装成的具有压电活性的智能结构传感器

该团队开发出的模型可用于操控并设计任意的压电常数,通過一系列可3D打印的拓扑结构生成一种材料这种材料可以响应任意方向输入的力与振动,产生电荷运动传统压电材料中的电荷运动是由其内在的晶体规定的。不同于传统压电材料这种新方法使得用户可以规定和设定电压响应,使之可在任意方向上被放大、反转或者抑制

「 国内前沿科研近况 」

具有高精确度的微纳结构

西安交通大学先进制造技术研究所科研团队利用微纳3D打印技术,使用含有压电材料与光敏树脂所复合的材料利用微纳3D打印设备制造压电器件,所成形的压电器件除了拥有加工周期短成本低,设计灵活性大的优势外还具囿其他3D打印技术无法满足的精度,大大提高器件的性能与质量

其团队所使用的S140微纳3D打印设备具有10微米的打印精度,可配套多种不同应用特点的复合材料包括高硬度硬性树脂、生物兼容性树脂、耐高温树脂等复合材料,打印最大尺寸为94mmX52mmX45mm的器件具有广泛的应用空间。

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