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革命性升级:全新3D打印技术 只要光照几十秒 完美雕像浮出水面

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发表于 2019-2-23 11:20:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
3D打印技术出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。
革命性升级:全新3D打印技术只要光照几十秒完美雕像浮出水面
传统的3D打印,像往蛋糕上挤奶油一般,照着目标的样子,一层一层挤出来。不光动作慢,而且外表粗糙,产品表面总有横躺的一根一根的痕迹。
这实在太不完美了。但现在,一份刚刚发表在Science上的研究提供了全新的3D打印技术:将液体材料注入烧杯。
以光为刀,简单照射。
需要打印的物体就在水中出现。
而且,打印出来的思想者雕塑,整体圆润,表面光滑,全然不见那些参差的表面纹理。
凭空光刻
而利用光聚合反应,能够合成任意的几何形状,开头出现的神奇一幕,就是通过这个原理最终完成了3D打印。
研究人员为此开发了一种计算轴向光刻(CAL)方法。
CAL制造系统能够选择性的固化容器内的光敏液体(甲基丙烯酸酯明胶水凝胶)。这个系统把一组二维图像,从不同的角度投射出来,这种多角度的曝光叠加,可以让光敏液体固化成所需要的几何形状。
以打印“思想者”雕像为例,整套系统大体上就是下面这个样子。
光从一个商用的DLP投影仪里射出,投向一个中间持续旋转的系统,里面装有光敏液体。在不到一分钟的时间里,思想者就在液体里逐渐成型了。这个系统的核心就是CAL算法。
还是以“思想者”为例,想要真正完成打印并不容易。首先得进行三维模型的重建,包括2D的傅里叶变换。然后还得针对光敏液体的剂量进行优化计划等等。
其中涉及的公式之一如下:
这些参数包括材料充分凝固的临界剂量、树脂的光学吸收系数、容器的旋转速率径向投影强度、光敏材料的衰减等等。
快速灵活
之前提到,普通的3D打印,主要是通过逐层堆叠一维或者二维单元的方式完成,但这种方法的速度有限,而且降低了表面质量,有可能导致机械性能的各向异性。
速度快是这套系统的优势之一,而且还能使用不同的材料完成打印。
在“思想者”这个案例中,在不同的精度和材料条件下,打印时间为30-120秒。这套系统的最高精度,目前可以达到0.3毫米。
能打印的东西种类很多。
比方复杂度很高的牙科模型、晶格结构。还有飞机模型、水晶球等……
打印出来的物体甚至可以具备弹性。
甚至还能在已有物体上打印,譬如为一个螺丝刀杆,打印一个刀把。
在打印过程中,还涉及氧气抑制、光场干涉、3D空间和2D投影之间的转换匹配等问题。不过好在CAL算法支持.stl文件,可以广泛支持此前3D打印的CAD模型。
与此前的Carbon3D相比,这套系统是一次性整体成型。而且在论文中作者表示,这套技术还能用于更大尺寸的3D打印。
这份研究的作者BrettE.Kelly、IndrasenBhattacharya和HosseinHeidari来自UC伯克利和美国劳伦斯利佛摩国家实验室。
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