比Carbon快5-10倍，支持多色打印，斯坦福iCLIP 3D打印技術(shù)登上《Science》子刊封面

2022年9月29日，南極熊獲悉，斯坦福大學(xué)一項(xiàng)3D打印技術(shù)登上學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》的封面，他們將這項(xiàng)新技術(shù)命名為iCLIP，本質(zhì)上是對(duì)Carbon公司連續(xù)液體界面生產(chǎn)(CLIP)技術(shù)的改進(jìn)�？梢宰龅奖饶壳笆袌�(chǎng)上最快的高分辨率樹(shù)脂3D打印機(jī)快5-10倍，并且能夠使用多種樹(shù)脂進(jìn)行多種顏色的打印。

△《Science Advances》雜志封面介紹最新的iCLIP 3D打印技術(shù)

△iCLIP技術(shù)的深度講解，英文版視頻

那么iCLIP技術(shù)的原理究竟是怎樣的呢？我們首先要來(lái)回顧一下Carbon的CLIP技術(shù)。

CLIP技術(shù)是2015年在《科學(xué)》（Science）封面發(fā)表的一項(xiàng)革命性3D打印技術(shù)，后來(lái)Carbon公司進(jìn)行了商業(yè)化。這項(xiàng)技術(shù)的核心是“利用一層透氧膜，隔離光敏樹(shù)脂液體和空氣中的氧氣，實(shí)現(xiàn)高速、連續(xù)的3D打印成型”，CLIP技術(shù)比當(dāng)時(shí)其他的3D打印快25-100倍。

CLIP打印看起來(lái)像是科幻電影中的場(chǎng)景，一個(gè)上升的平臺(tái)從薄薄的樹(shù)脂池中，平穩(wěn)地拉出看似完全成型的物體。表面的樹(shù)脂通過(guò)投射在池子里的一連串紫外線圖像硬化成預(yù)設(shè)的形狀，而池子底部的氧氣層則阻止了固化，并創(chuàng)造了一個(gè) "死區(qū)"，在那里樹(shù)脂依然保持著液體的形態(tài)。

△CLIP技術(shù)的核心是利用一層透氧膜，隔離光敏樹(shù)脂液體和空氣中的氧氣，實(shí)現(xiàn)高速、連續(xù)的3D打印成型

死區(qū)是CLIP速度的關(guān)鍵。隨著打印固化部分的不斷抬升，液體樹(shù)脂應(yīng)該盡快填充在它的底部，從而實(shí)現(xiàn)平滑、連續(xù)的打印。但對(duì)于很多情況下，樹(shù)脂的流動(dòng)速度并沒(méi)有這么快，特別是如果部件上升太快或樹(shù)脂特別粘稠的時(shí)候。

如今已經(jīng)過(guò)去7年時(shí)間，斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)，新提出的“iCLIP”工藝，對(duì)CLIP打印機(jī)樹(shù)脂池底部充滿氧氣的“死區(qū)”進(jìn)行重新利用。通過(guò)注射（Injection）的方式將材料泵入這個(gè)區(qū)域中，科學(xué)家們成功地加快了過(guò)程，并解鎖了獨(dú)特的管道集成部件設(shè)計(jì)。

斯坦福大學(xué)機(jī)械工程博士生、主要作者 Gabriel Lipkowitz解釋道 ：“CLIP中的樹(shù)脂流動(dòng)是一個(gè)非常被動(dòng)的過(guò)程，你只是把物體拉起來(lái)，希望吸力能把材料帶到需要的地方。現(xiàn)在，通過(guò)這項(xiàng)新技術(shù)，我們可以主動(dòng)將樹(shù)脂注射到打印機(jī)需要的地方�！�

“樹(shù)脂是通過(guò)與設(shè)計(jì)同時(shí)打印的導(dǎo)管輸送的。導(dǎo)管可以在物體完成后被移除，或者它們可以被納入設(shè)計(jì)中，就像靜脈和動(dòng)脈被構(gòu)建在我們自己的身體中一樣�！�

△CLIP與iCLIP兩種技術(shù)的區(qū)別：（CLIP是讓樹(shù)脂從模型周?chē)�流入，而iCLIP則是從上方注入樹(shù)脂）

這項(xiàng)研究的作者之一、Carbon聯(lián)合創(chuàng)始人約瑟夫·德西蒙(Joseph DeSimone)說(shuō)：“它將使我們的打印速度大大提高，有助于開(kāi)創(chuàng)數(shù)字制造的新時(shí)代，并使復(fù)雜的、多材料的物體的制造成為可能，只需一步�！�

△使用斯坦福的iCLIP方法3D打印的教堂模型，可以在單個(gè)物體中使用多種類(lèi)型或顏色的樹(shù)脂

該團(tuán)隊(duì)的研究成果，比目前最快的高分辨率打印速度約快5到10倍，并有可能讓研究人員使用具有更好機(jī)械和電氣性能的工程樹(shù)脂。

△該團(tuán)隊(duì)的最近研究成已發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上，題目為“注入連續(xù)液體界面生產(chǎn)3D物體”（傳送門(mén)）

通過(guò)單獨(dú)注入的樹(shù)脂，新工藝iCLIP提供了在打印過(guò)程中，使用多種類(lèi)型的樹(shù)脂進(jìn)行打印的技術(shù)，每種新的樹(shù)脂只需要單獨(dú)的注射器。

研究人員用多達(dá)三個(gè)不同的注射器對(duì)打印機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，每個(gè)注射器都填充了染成不同顏色的樹(shù)脂。他們成功地用每個(gè)國(guó)家的國(guó)旗顏色打印了幾個(gè)國(guó)家的著名建筑模型，包括用烏克蘭國(guó)旗的藍(lán)色和黃色打印了圣索菲亞大教堂，和用美國(guó)紅、白、藍(lán)三色打印的獨(dú)立大廳。

△多材料iCLIP的打印計(jì)劃：(A到E)五個(gè)用于測(cè)試的多材料iCLIP打印目標(biāo)，以各個(gè)國(guó)家重要的建筑為模型，構(gòu)建的顏色采用該國(guó)家國(guó)旗上的主要基色，復(fù)雜程度依次增加。(F到J) 相應(yīng)的iCLIP打印策略，突出了打印過(guò)程中不斷變化的幾何形狀

Lipkowitz說(shuō)：“3D打印技術(shù)的“必殺技”就是制造具有不同材料或機(jī)械性能的物體，應(yīng)用范圍包括從非常有效的能量吸收結(jié)構(gòu)，到具有不同光學(xué)特性和先進(jìn)傳感器的物體。”

在成功證明了iCLIP具有用多種樹(shù)脂打印的潛力后，DeSimone、Lipkowitz和他們的同事正在開(kāi)發(fā)軟件，以?xún)?yōu)化每個(gè)打印件的流體分布的的設(shè)計(jì)。他們希望確保設(shè)計(jì)師能夠精細(xì)地控制樹(shù)脂類(lèi)型之間的界限，并有可能進(jìn)一步加快打印過(guò)程。

Lipkowitz說(shuō)：“一個(gè)設(shè)計(jì)師不應(yīng)該為了能夠快速打印一個(gè)物體，就必須學(xué)會(huì)流體動(dòng)力學(xué)。我們正在努力創(chuàng)建高效的軟件，它可以把一個(gè)設(shè)計(jì)師想要打印的零件，不僅自動(dòng)生成分布網(wǎng)絡(luò)，而且還可以確定管理不同樹(shù)脂的流速，以實(shí)現(xiàn)單次打印構(gòu)建多材料的目標(biāo)。"

這項(xiàng)工作由斯坦福大學(xué)Precourt能源研究所、斯坦福伍茲環(huán)境研究所和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供資助。