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首页 > 资讯中心青岛3D打印超高分(fēn)辨物(wù)體(tǐ)仅需几秒(miǎo)
发布时间：2020-12-28
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在《星际迷航》宇宙中，称為(wèi)复制器的设备可(kě)以在几秒(miǎo)钟内打印出固體(tǐ)物(wù)质。由于材料科(kē)學(xué)的进步，这些科(kē)幻小(xiǎo)说里的装置可(kě)能(néng)比人类想象得更接近现实。一种称為(wèi)體(tǐ)积增材制造（VAM）的3D打印技术使用(yòng)光来快速固化一定體(tǐ)积的液态前驱物(wù)。今日，德國(guó)勃兰登堡应用(yòng)技术大學(xué)Martin Regehly和洪堡大學(xué)Stefan Hecht报道了VAM的最新(xīn)研究进展，该技术允许以高达25微米的特征分(fēn)辨率和55立方毫米/秒(miǎo)的固化速度打印固體(tǐ)物(wù)體(tǐ)。研究人员称这个过程為(wèi)X線(xiàn)摄影（Xolography），因為(wèi)它使用(yòng)两束不同波長(cháng)的交叉(x)光束来固化整个物(wù)體(tǐ)。相关结果以“Xolography for linear volumetric 3D printing”為(wèi)题发表在Nature期刊上。
研究内容
传统的3D打印机有(yǒu)一个架台，它可(kě)以在三个正交方向上操纵打印头或打印对象，以将打印机的喷嘴定向到下一个位置以沉积材料。但是，最快的3D打印机使用(yòng)光诱导整个液态起始材料的聚合，从而使固體(tǐ)以每小(xiǎo)时500毫米的速度从液體(tǐ)中抽出。VAM消除了从原材料中绘制物(wù)體(tǐ)的需要，简化了工艺流程，并加快了制造速度。与其他(tā)方法相比，它还可(kě)以生产更高质量的零件，并且无需打印后必须移除的打印对象支撑结构。
VAM之前的变體(tǐ)包括双光子光聚合（TPP）和计算机轴向光刻（CAL）。在TPP中，飞秒(miǎo)激光脉冲用(yòng)于聚合纳米级构造块，可(kě)以将其分(fēn)层以制造微结构。TPP速度很(hěn)慢，每小(xiǎo)时的打印速度仅為(wèi)1-20立方毫米，通常用(yòng)于制作毫米级的物(wù)體(tǐ)，但它具有(yǒu)100纳米的分(fēn)辨率打印特征。
相比之下，CAL通过允许快速固化厘米级的物(wù)體(tǐ)，将VAM的能(néng)力向另一个方向移动。在CAL中，使用(yòng)算法控制在不同體(tǐ)素（3D像素）处的累积曝光量，将图像以不同角度投影在液體(tǐ)前體(tǐ)的旋转體(tǐ)积周围。这与使用(yòng)溶解氧防止自由基物(wù)质引发不必要聚合反应的系统协同完成，因此只有(yǒu)目标體(tǐ)积才能(néng)固化。CAL可(kě)以在短短几秒(miǎo)钟内实现100m的特征尺寸并制造厘米级的零件，但是它需要使用(yòng)反馈系统进行计算机优化，这增加了设备成本和总打印时间。
Regehly及其同事报告了在VAM中引发聚合反应的新(xīn)化學(xué)方法，该化學(xué)方法可(kě)以更好地控制引发和聚合反应发生的液體(tǐ)體(tǐ)积。他(tā)们的技术可(kě)以将分(fēn)辨率提高到以前报道的宏观VAM技术的十倍，而不会牺牲打印速度。
X線(xiàn)照相术的过程如下：一定厚度的矩形光照射一定體(tǐ)积的粘性树脂（图1）。选择光的波長(cháng)来激活被称為(wèi)双色光引发剂(DCPIs)的分(fēn)子，通过切割分(fēn)子主链上的一个分(fēn)子环来激活；这个反应只发生在光圈内。
第二束光投射出3D对象的切片图像，将被打印到灯片平面上。第二束的波長(cháng)与第一束不同，任何被激发的DCPI分(fēn)子都会引发树脂聚合，使薄片固化。然后，树脂相对于光片的位置移动，光片是固定的。这改变了光片在树脂中的位置，因此激活和诱发过程可(kě)以在一个新(xīn)的位置重新(xīn)开始，从而一片片地构建对象。
Xolography 3D打印技术
作者通过在直径為(wèi)8毫米的球形笼子中打印被捕获為(wèi)松散物(wù)體(tǐ)的球来证明其技术的有(yǒu)效性（图2a-c）。使用(yòng)常规的逐层3D打印，需要使用(yòng)将球连接到笼子的支撑架进，并且之后很(hěn)难将其取出。高分(fēn)辨率的X射線(xiàn)照相术还可(kě)以直接打印机械系统，例如可(kě)以在液體(tǐ)或气流中在轴上旋转的刀(dāo)片（图2d-f）。
研究内容
传统的3D打印机有(yǒu)一个架台，它可(kě)以在三个正交方向上操纵打印头或打印对象，以将打印机的喷嘴定向到下一个位置以沉积材料。但是，最快的3D打印机使用(yòng)光诱导整个液态起始材料的聚合，从而使固體(tǐ)以每小(xiǎo)时500毫米的速度从液體(tǐ)中抽出。VAM消除了从原材料中绘制物(wù)體(tǐ)的需要，简化了工艺流程，并加快了制造速度。与其他(tā)方法相比，它还可(kě)以生产更高质量的零件，并且无需打印后必须移除的打印对象支撑结构。
VAM之前的变體(tǐ)包括双光子光聚合（TPP）和计算机轴向光刻（CAL）。在TPP中，飞秒(miǎo)激光脉冲用(yòng)于聚合纳米级构造块，可(kě)以将其分(fēn)层以制造微结构。TPP速度很(hěn)慢，每小(xiǎo)时的打印速度仅為(wèi)1-20立方毫米，通常用(yòng)于制作毫米级的物(wù)體(tǐ)，但它具有(yǒu)100纳米的分(fēn)辨率打印特征。
相比之下，CAL通过允许快速固化厘米级的物(wù)體(tǐ)，将VAM的能(néng)力向另一个方向移动。在CAL中，使用(yòng)算法控制在不同體(tǐ)素（3D像素）处的累积曝光量，将图像以不同角度投影在液體(tǐ)前體(tǐ)的旋转體(tǐ)积周围。这与使用(yòng)溶解氧防止自由基物(wù)质引发不必要聚合反应的系统协同完成，因此只有(yǒu)目标體(tǐ)积才能(néng)固化。CAL可(kě)以在短短几秒(miǎo)钟内实现100m的特征尺寸并制造厘米级的零件，但是它需要使用(yòng)反馈系统进行计算机优化，这增加了设备成本和总打印时间。
Regehly及其同事报告了在VAM中引发聚合反应的新(xīn)化學(xué)方法，该化學(xué)方法可(kě)以更好地控制引发和聚合反应发生的液體(tǐ)體(tǐ)积。他(tā)们的技术可(kě)以将分(fēn)辨率提高到以前报道的宏观VAM技术的十倍，而不会牺牲打印速度。
X線(xiàn)照相术的过程如下：一定厚度的矩形光照射一定體(tǐ)积的粘性树脂（图1）。选择光的波長(cháng)来激活被称為(wèi)双色光引发剂(DCPIs)的分(fēn)子，通过切割分(fēn)子主链上的一个分(fēn)子环来激活；这个反应只发生在光圈内。
第二束光投射出3D对象的切片图像，将被打印到灯片平面上。第二束的波長(cháng)与第一束不同，任何被激发的DCPI分(fēn)子都会引发树脂聚合，使薄片固化。然后，树脂相对于光片的位置移动，光片是固定的。这改变了光片在树脂中的位置，因此激活和诱发过程可(kě)以在一个新(xīn)的位置重新(xīn)开始，从而一片片地构建对象。
Xolography 3D打印技术
作者通过在直径為(wèi)8毫米的球形笼子中打印被捕获為(wèi)松散物(wù)體(tǐ)的球来证明其技术的有(yǒu)效性（图2a-c）。使用(yòng)常规的逐层3D打印，需要使用(yòng)将球连接到笼子的支撑架进，并且之后很(hěn)难将其取出。高分(fēn)辨率的X射線(xiàn)照相术还可(kě)以直接打印机械系统，例如可(kě)以在液體(tǐ)或气流中在轴上旋转的刀(dāo)片（图2d-f）。