機(jī)械臂+DLP光固化技術(shù)，3D打印速度達(dá)2000層/分鐘，高度無(wú)限制

2021年2月5日，南極熊獲悉，美國(guó)西北大學(xué)McCormick工程學(xué)院的研究人員，開(kāi)發(fā)了一種新型的光固化3D打印機(jī)，它具有超凡的打印速度和出色的零件精度。

據(jù)介紹，他們開(kāi)發(fā)的連續(xù)打印工藝每分鐘能夠打印2000層左右的材料，這樣速度確實(shí)是驚人的，畢竟普通的DLP 3D打印機(jī)1分鐘只能打印10層左右，相當(dāng)于速度提高了200倍左右。如果按照每層厚度25微米計(jì)算，那么1分鐘可以打印出50毫米高度的零件。

這系統(tǒng)將光固化與六軸機(jī)械臂相結(jié)合，通過(guò)在建造過(guò)程中移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和重新調(diào)整每個(gè)層的自由度，機(jī)器賦予了全新的設(shè)計(jì)自由。

△機(jī)械臂+DLP光固化 打印過(guò)程，南極熊從視頻中看到，在40倍快放的情況下，打印這個(gè)小埃菲爾鐵塔用時(shí)23秒，實(shí)際用時(shí)相當(dāng)于是920秒（15.3分鐘），打印速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到上面所說(shuō)的2000層/分鐘。

西北大學(xué)機(jī)械工程副教授、項(xiàng)目的主要作者Cheng Sun指出："3D打印過(guò)程不再是僅僅制作設(shè)計(jì)模型的復(fù)制品。現(xiàn)在我們有了一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，利用光來(lái)組裝所有的層，但在移動(dòng)過(guò)程中，每一層都有很高的自由度。"

△西北大學(xué)新穎的3D打印機(jī)利用了六軸機(jī)械臂，圖片來(lái)自西北大學(xué)

模型切片的新玩法

對(duì)于常規(guī)的3D打印機(jī)，在打印之前一般需要將3D模型數(shù)據(jù)進(jìn)行切片，變成一層一層的數(shù)據(jù)，通過(guò)3D打印機(jī)的逐層打印來(lái)完成物體的制造。

西北大學(xué)的方法則顛覆了這一點(diǎn)，將分層切片的方法替換為更流暢的連續(xù)過(guò)程。

由于打印機(jī)的機(jī)械臂并沒(méi)有被鎖定在Z軸方向上運(yùn)動(dòng)，因此它可以動(dòng)態(tài)地變換每一個(gè)層。此外，由于打印引擎是基于DLP的光投影儀，整個(gè)系統(tǒng)適合快速固化和高分辨率。整個(gè)模型是一次性3D打印出來(lái)的，而且沒(méi)有延遲，所以系統(tǒng)是持續(xù)運(yùn)行的。

△切片模擬打印過(guò)程

Sun補(bǔ)充道："我們是利用光來(lái)進(jìn)行制造的，將光照射在液態(tài)聚合物上，使其交聯(lián)或聚合，將液體轉(zhuǎn)化為固體。這有助于提高我們3D打印的速度和精度。"

△西北大學(xué)3D打印機(jī)上打印的動(dòng)態(tài)變形的埃菲爾鐵塔模型，圖片來(lái)自西北大學(xué)

一分鐘2000層


△視頻

從數(shù)字來(lái)看，連續(xù)工藝每分鐘能夠打印相當(dāng)于2000層左右的材料。研究人員通過(guò)制造一些測(cè)試打印物，包括埃菲爾鐵塔、雙螺旋和一個(gè)高度定制的血管支架，展示了該系統(tǒng)的威力。

由于3D打印機(jī)還兼容多材料構(gòu)建，團(tuán)隊(duì)能夠制造出具有剛性底座和軟致動(dòng)肢體的軟性氣動(dòng)抓手，成為快速生產(chǎn)零件的新方法。

△具有剛性底座和軟致動(dòng)肢體的軟性氣動(dòng)抓手

Sun總結(jié)道："這是一個(gè)非常快速的工藝，而且層與層之間沒(méi)有中斷。我們希望制造業(yè)能從中受益。一般的打印方法可以兼容多種材料。"

關(guān)于3D打印機(jī)的更多細(xì)節(jié)可以在題為  ‘Conformal Geometry and Multimaterial Additive Manufacturing through Freeform Transformation of Building Layers’的論文中找到。該論文由Cheng Sun等人共同撰寫(xiě)。

連續(xù)光固化技術(shù)

最早發(fā)布連續(xù)光固化技術(shù)的公司是美國(guó)的Carbon，他們的CLIP（現(xiàn)在叫DLS）技術(shù)就是消除了3D打印過(guò)程中層與層之間的停頓時(shí)間，實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印工藝，從而大幅提高了打印速度，這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)確實(shí)是顛覆式的。

CLIP技術(shù)速度是普通3D打印的25-100倍，達(dá)到了可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的水平。目前，該技術(shù)已經(jīng)得到了相當(dāng)規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，比如運(yùn)動(dòng)巨頭Adidas就正在使用它制造運(yùn)動(dòng)鞋F(xiàn)uturecraft 4D的中底。據(jù)南極熊了解，在實(shí)際生產(chǎn)中，Carbon的設(shè)備并沒(méi)有按照最大的速度來(lái)生產(chǎn)，而是照顧到實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量的要求，調(diào)到了一個(gè)相對(duì)慢但更穩(wěn)定的速度來(lái)生產(chǎn)。

△CLIP技術(shù)核心原理，憑借能夠透過(guò)氧氣的透氧膜形成的死區(qū)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)拉升

國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了幾家快速光固化的3D打印公司，比如清鋒時(shí)代、UNIZ等。

△清鋒時(shí)代極速連續(xù)3D打印技術(shù)(3D-Fab)打印過(guò)程

編譯自：3dprintingindustry