斯坦福工程师设计的新3D打印方法，有望更快地使用多种材料进行打印
时间：2022-09-30 11:20 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
△乌克兰基辅圣索菲亚大教堂模型，使用斯坦福的iCLIP方法进行3D打印，允许在单个物体中使用多种类型或颜色的树脂
技术背景
3D打印的进步使设计师和工程师能够更轻松地定制项目、创建不同规模的物理原型，以及生产传统制造技术无法制造的结构。但是目前该技术仍然面临着一定的局限性，例如通常的打印设备构建速度相对较慢，在大多数情况下，必须一次使用一种材料。
该团队的研究成果，比目前最快的高分辨率打印速度约快5到10倍，并有可能让研究人员使用具有更好机械和电气性能的工程树脂。该论文的作者之一，斯坦福大学放射学系转化医学教授Joseph DeSimone说：“这项新技术将有助于充分发挥3D打印的潜力，这将使我们的打印速度更快，有助于开创数字制造的新时代，并能够通过单次打印，就能制造更为复杂的多材料物体。”
△多材料iCLIP的打印计划：(A到E)五个用于测试的多材料iCLIP打印目标，以各个国家重要的建筑为模型，构建的颜色采用该国家国旗上的主要基色，复杂程度依次增加。(F到J) 相应的iCLIP打印策略，突出了打印过程中不断变化的几何形状
控制树脂的流动
新工艺改进了DeSimone和他的同事在2015年创建的一种3D打印方法，该技术被称为CLIP，中文叫连续液态界面（Countinuous Liquid Interface Production）。
CLIP打印看起来像是科幻电影中的场景，一个上升的平台从薄薄的树脂池中，平稳地拉出看似完全成型的物体。表面的树脂通过投射在池子里的一连串紫外线图像硬化成正确的形状，而池子底部的氧气层则阻止了固化，并创造了一个 "死区"，在那里树脂依然保持着液体的形态。
△概括的说，这项技术的核心是利用一层透氧膜，隔离光敏树脂液体和空气中的氧气，实现高速、连续的3D打印成型，这项革命性的CLIP技术比现有的3D打印快25-100倍，而且取消了层的概念
死区是CLIP速度的关键。随着固体部分的上升，液体树脂应该填充在它后面，从而实现平滑、连续的打印。但这并不总是会发生，特别是如果部件上升太快或树脂特别粘稠。因此，DeSimone团队使用这种被称为iCLIP的新方法，研究人员可将注射泵安装在上升平台的顶部，以在关键点添加额外的树脂。
斯坦福大学机械工程博士生、主要作者 Gabriel Lipkowitz解释道 ：“CLIP中的树脂流动是一个非常被动的过程，你只是把物体拉起来，希望吸力能把材料带到需要的地方。现在，通过这项新技术，我们可以主动将树脂注射到打印机需要的地方。“
他补充道：“树脂是通过与设计同时打印的导管输送的。导管可以在物体完成后被移除，或者它们可以被纳入设计中，就像静脉和动脉被构建在我们自己的身体中一样。”
△该团队的最近研究成已发表在《科学进展》上，题目为“注入连续液体界面生产3D物体”（传送门）
多材料3D打印技术
通过单独注入额外的树脂，新工艺iCLIP提供了在打印过程中，使用多种类型的树脂进行打印的技术，每种新的树脂只需要单独的注射器。
研究人员用多达三个不同的注射器对打印机进行了测试，每个注射器都填充了染成不同颜色的树脂。他们成功地用每个国家的国旗颜色打印了几个国家的著名建筑模型，包括用乌克兰国旗的蓝色和黄色打印了圣索菲亚大教堂，和用美国红、白、蓝三色打印的独立大厅。
Lipkowitz说：“3D打印技术的“必杀技”就是制造具有不同材料或机械性能的物体，应用范围包括从非常有效的能量吸收结构，到具有不同光学特性和先进传感器的物体。”
在成功证明了iCLIP具有用多种树脂打印的潜力后，DeSimone、Lipkowitz和他们的同事正在开发软件，以优化每个打印件的流体分布的的设计。他们希望确保设计师能够精细地控制树脂类型之间的界限，并有可能进一步加快打印过程。
Lipkowitz说：“一个设计师不应该为了能够快速打印一个物体，就必须学会流体动力学。我们正在努力创建高效的软件，它可以把一个设计师想要打印的零件，不仅自动生成分布网络，而且还可以确定管理不同树脂的流速，以实现单次打印构建多材料的目标。"
这项工作由斯坦福大学Precourt能源研究所、斯坦福伍兹环境研究所和美国国家科学基金会提供资助。
(责任编辑：admin)
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