3D打印的进步使设计师和工程师能够更轻松地实现定制化制造、创建不同尺寸的原型，以及生产传统制造技术无法制造的结构。但是这项技术仍然面临着局限性——这个过程速度还不够快，并且需要特定的材料，在大多数情况下，必须一次使用一种材料。

        近日，斯坦福大学的团队开发了一种 3D 打印方法- iCLIP，其速度比目前最快的高分辨率打印机快 5 到 10 倍，并且能够在单个物体中使用多种类型的树脂。

iCLIP技术3D打印多材料
© 斯坦福大学

 快速+多材料

      使用 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。斯坦福大学的研究人员的研究结果最近发表在《科学进展》上，比目前可用的最快的高分辨率3D打印方法快 5 到 10 倍，并且可能允许研究人员使用具有更好机械和电气性能的更厚树脂。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3917

根据论文的通讯作者、转化医学 Sanjiv Sam Gambhir 教授、斯坦福大学放射学和化学工程教授 Joseph DeSimone （Carbon创始人），这项新技术将有助于充分发挥 3D 打印的潜力，这将使3D打印速度更快，有助于开创数字制造的新时代，并能够一步制造复杂的多材料物体。

 控制树脂的流动

新设计改进了Carbon创始人DeSimone教授和他的同事在 2015 年创建的一种 3D 打印方法，称为连续液体界面生产（CLIP）。CLIP 技术看起来像是科幻电影中的场景——一个充满树脂的池子里，利用光和氧气来“生长”出3D物体。通过可调节的光化学处理，让促进聚合的紫外光和抑制聚合的氧气在充满树脂的池子里得到一个平衡，以“生长”出想3D打印的物体形状。据悉，CLIP的核心技术在于一个可以控制紫外光和氧气透过的特殊窗口。

不过CLIP技术存在着一定的打印速度挑战，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3D打印。但这并不总是会发生，尤其是当部件上升太快或树脂特别粘稠时。

斯坦福大学开发的注射 CLIP技术（或称为iCLIP）的新方法，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。这克服了原来CLIP 技术中的被动树脂流动过程，新的iCLIP技术将树脂积极注入3D打印机需要的区域。

(A) CLIP 工艺，显示3D打印对象的力图和树脂流动。(B) 通过 CLIP 打印圆柱几何图形时，从润滑理论解析导出的死区速度场和压力梯度，其中~ 和 ~ 分别是死区中的垂直距离和径向距离，~ 是径向速度 . 较深的色调表示较大的速度矢量，相反，较浅的色调表示低流体速度的停滞区。(C) iCLIP 过程表明注射树脂从加压源通过微流体管道流入死区。(D) 从润滑理论分析得出的死区速度场和压力梯度，同时通过 CLIP 打印圆柱形几何形状，并通过中央高架桥连续喷射。
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多材料控制策略

(A) 用于在 iCLIP 3D打印期间校准注射速率的测试几何结构，控制参数可以在 iCLIP 打印期间进行调整，以调整部件中大桶与注射树脂的比例。下面是3D打印过程中不同注射速率的死区图像，以及相应的 CFD 模拟预测。(B) 对于三种不同的注射曲线，注射速率与注射树脂形成的固化零件的比例之间的相关性。（C 到 E）参数扫描实验在 iCLIP 期间调整三个控制参数之一，以校准注入树脂的注入过程。
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多材料 iCLIP 3D打印案例
（A 到 E）五个历史上重要的建筑物 (35)，印有国旗，以增加复杂性。（F 到 J）相应的 iCLIP 打印策略突出了打印过程中不断变化的管道几何形状。管道设计在零件内部和/或外部，以实现所需的梯度。
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iCLIP 的多目标微流体设计。(A) 最大限度地提高速度，以通过 (B) 优化高架桥的数量和路径以改变零件横截面积，从而在 (C) 中产生动态变化的高架桥路径，从而最大限度地减少流体传输限制 . (D) 将树脂输送到死区，由 (E) FEA 模拟引导，并通过 (F) 单轴压缩机械测试进行实验验证（ 灰色为刚性晶格，浅绿色为等比刚性弹性体复合材料晶格，深绿色为弹性体晶格）。
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树脂通过与设计同时印刷的导管输送。管道可以在物体完成后移除，也可以像我们自己体内的静脉和动脉一样融入到设计中。

 多材料3D打印

通过单独注入额外的树脂，iCLIP 提供了在3D打印过程中使用多种树脂进行打印的机会——每种新树脂只需要自己的注射器。研究人员用多达三种不同的注射器对3D打印机进行了测试，每个注射器都装有染成不同颜色的树脂，成功地用各国国旗的颜色打印了来自多个国家的著名建筑模型。

制造具有多种材料或机械特性的物体的能力是 3D 打印的圣杯，多材料3D打印的应用范围从非常有效的能量吸收结构到具有不同光学特性的物体和先进的传感器。

在成功证明 iCLIP 具有使用多种树脂3D打印的潜力后，DeSimone、Lipkowitz 及其他斯坦福科研人员正在开发软件，以优化每个3D打印件的流体分配网络设计。希望确保设计师能够很好地控制树脂类型之间的界限，并有可能进一步加快3D打印过程。

设计师想要3D打印和自动化的部分不仅可以生成分配网络，还可以确定管理不同树脂的流量，以实现多材料3D打印目标。

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资助。

(责任编辑：admin)

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