DLP-SLA混合光固化3D打印技術(shù)

2022年10月7日，南極熊獲悉，阿姆斯特丹大學(xué)（UVA）已同意將其專利混合立體光刻（SLA）技術(shù)授權(quán)給數(shù)字光處理（DLP）3D打印機(jī)制造商atum3D。

這種混合SLA工藝由UVA大學(xué)的Van 't Hoff分子科學(xué)研究所開發(fā)，它結(jié)合了面曝光DLP和點(diǎn)曝光SLA技術(shù)，能夠大規(guī)模地生產(chǎn)具有高分辨率特征的部件。阿姆斯特丹大學(xué)表示，該技術(shù)一旦商業(yè)化，可用于解決醫(yī)療研發(fā)需求，如創(chuàng)建組織支架或具有臨床研究用途的微流體裝置。

△阿姆斯特丹大學(xué)校園。圖片來(lái)自UVA

atum3D的DLP 3D打印組合

atum3D總部位于荷蘭的高達(dá)市，專門從事DLP技術(shù)的開發(fā)，旨在解決系列制造應(yīng)用。該公司的主要產(chǎn)品圍繞著DLP Station5-405、DLP Station 5-365 EXZ和DLPStation 5-405 EXZ，這些3D打印機(jī)的構(gòu)建量最大為192 x 108 x 450毫米。

由于其強(qiáng)大的405納米LED光引擎和100微米x、y分辨率的光學(xué)器件，atum3D表示這些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) "速度、精度和一致性的新水平"。這些平臺(tái)也是開放材料，因此用戶可以選擇最適合他們需求的第三方樹脂，而atum3D的固化站旨在幫助用戶實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

利用atum3D的技術(shù)，用戶已經(jīng)能夠制造出從汽車到醫(yī)療的部件，像Spentsys公司就開發(fā)了病人專用的骨科設(shè)備。為了促進(jìn)其產(chǎn)品在盡可能多的垂直領(lǐng)域的部署，該公司還發(fā)布了專門的 "升級(jí)包"，其中包括新手需要的一切。

△通過(guò)混合立體光刻技術(shù)3D打印晶格結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)自UVA。

一種混合SLA和DLP的光刻技術(shù)

據(jù)混合SLA方法背后的UVA團(tuán)隊(duì)稱，目前基于樹脂的3D打印技術(shù)通常能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率或高速生產(chǎn)，但很少有人能夠同時(shí)提供這兩種技術(shù)。為了改變這種情況，研究人員開發(fā)了一種新的工藝，在DLP投影儀上使用復(fù)合成像來(lái)實(shí)現(xiàn)低分辨率圖案。

混合立體光刻利用復(fù)合成像，其中使用DLP（數(shù)字光處理）投影儀實(shí)現(xiàn)大規(guī)模，低分辨率的圖案。為了創(chuàng)建微觀特征，用戶可以在這些層中安裝預(yù)定義的光掩模圖案。更重要的是，在層之間切換光掩模圖案可以創(chuàng)建三維重復(fù)的微特征。該方法可以在傳統(tǒng)的DLP 3D打印機(jī)中實(shí)施，只需稍作修改。材料包括目前使用的立體光刻，但也包括復(fù)合材料，例如陶瓷或含金屬的光聚合物。該方法已通過(guò)原理驗(yàn)證設(shè)置并進(jìn)行了演示，從而制造出特征尺寸小于10μm的打印部件。然而，研究人員表示其理論分辨率限制要低得多。

△范特霍夫（Van 't Hoff）分子科學(xué)研究所

為了評(píng)估這項(xiàng)工藝的潛在醫(yī)療應(yīng)用，研究人員還利用它創(chuàng)建了一個(gè)血管連接處的細(xì)胞支架和一個(gè)微流控設(shè)備。雖然前者已被證明有足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，并包含有50微米的孔隙，但后者包括200微米的通道和20微米的限制，旨在促進(jìn)臨床研發(fā)期間的流體操作。atum3D的首席技術(shù)官兼創(chuàng)始人特里斯特拉姆·布德爾（Tristram Budel）則期望在這些初步成果基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。他設(shè)想打印一個(gè)全尺寸的心臟支架，具有受控的多孔結(jié)構(gòu)，只需不到一天的時(shí)間即可生產(chǎn)出來(lái)。腎臟只需要四分之一的時(shí)間。根據(jù)Budel的說(shuō)法：“由于該技術(shù)的可擴(kuò)展性，建立一個(gè)能夠可靠和可控地生產(chǎn)器官支架的生產(chǎn)設(shè)施成為一種真正的可能性。打印的器官支架還不是一個(gè)活的器官，在生產(chǎn)出真正的植入式器官之前，還需要更多的工作和研究，但我認(rèn)為這絕對(duì)是一個(gè)值得重新審視3D打印技術(shù)的契機(jī)�！�

在獲得UvA光刻工藝的授權(quán)后，atum3D現(xiàn)在計(jì)劃將其與自己的DLP工藝相結(jié)合，以解決醫(yī)療以及超材料和半導(dǎo)體開發(fā)領(lǐng)域的問(wèn)題。該公司的工業(yè)級(jí)光固化技術(shù)將強(qiáng)大的紫外線及其輻射熱集成在真空室中，以實(shí)現(xiàn)卓越的性能。在沒(méi)有氧氣的環(huán)境中進(jìn)行后固化的能力大大提高了速度，并有助于優(yōu)化精度和最終材料性能�？傮w而言，atum3D的光固化技術(shù)及設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

• 后固化效果更佳，速度提高 10 倍：固化站提供所有三個(gè)關(guān)鍵后固化因素中最好的：紫外線、熱和氧氣。關(guān)鍵的實(shí)際優(yōu)勢(shì)是雙重的：速度和準(zhǔn)確性。在沒(méi)有固化抑制氧的情況下，樹脂后固化過(guò)程顯著加速。輻射熱增加了聚合物樹脂的遷移率，進(jìn)一步提高了后固化反應(yīng)的速度和完整性。
• 精度高，失真少，細(xì)節(jié)清晰：高強(qiáng)度紫外線與真空環(huán)境中的熱量相結(jié)合，使固化站能夠比其他后固化解決方案更徹底地對(duì)印刷部件進(jìn)行后固化。所有三個(gè)關(guān)鍵變量都可以由用戶在單個(gè)自動(dòng)固化預(yù)設(shè)中獨(dú)立控制，這使得固化站成為一種非常通用的設(shè)備。
• 強(qiáng)大的紫外線照明：固化站產(chǎn)生45瓦廣譜紫外光的總輻射功率。28個(gè)紫外線燈均勻分布在零件周圍的360度，從各個(gè)角度產(chǎn)生均勻的曝光。強(qiáng)大的燈光還對(duì)腔室內(nèi)的部件具有輻射熱固化效果。缺氧會(huì)產(chǎn)生比大氣壓更完整的反應(yīng)。
• 一鍵式預(yù)設(shè)的完全控制：觸摸屏界面允許用戶完全自定義自動(dòng)固化預(yù)設(shè)。真空、壓力、紫外線劑量、脫氣時(shí)間和冷卻時(shí)間可以在每個(gè)工藝步驟中單獨(dú)控制。通過(guò)在預(yù)設(shè)中結(jié)合一系列后續(xù)步驟，固化站允許根據(jù)樹脂特性和應(yīng)用要求創(chuàng)建任何可以想象的固化過(guò)程。
• 大容量：憑借其 282 x 395 x 275 mm 的容量，固化站甚至可以對(duì)較大的零件進(jìn)行后固化。易于拆卸的硼硅酸鹽板允許為作業(yè)選擇最佳設(shè)置。您是否希望使用多層設(shè)置在單次運(yùn)行中對(duì)許多較小的零件進(jìn)行后固化，或者通過(guò)移除頂板并利用整個(gè)內(nèi)部高度來(lái)修復(fù)多個(gè)較大的物體？
• DLP 設(shè)備整體解決方案：后固化在任何整體3D打印應(yīng)用解決方案中都起著重要作用�，F(xiàn)在，可以使用操作臺(tái)軟件方便地創(chuàng)建打印作業(yè)，使用 DLP 站快速準(zhǔn)確地打印任何樹脂中的零件，徹底清潔我們一個(gè)清潔站中的結(jié)果，并在我們最先進(jìn)的固化站中將零件后固化到其最終規(guī)格。
  

△atum3D的DLP解決方案

因此，atum3D公司表示，UvA的混合光刻技術(shù)可以應(yīng)用于常規(guī)的DLP系統(tǒng)，只需稍作修改，而且該公司已經(jīng)在與UvA的初始客戶合作，為其開發(fā)實(shí)際的使用案例。Tristram Budel說(shuō)："我們認(rèn)為，將我們目前的DLP技術(shù)與這項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來(lái)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)改變游戲規(guī)則的平臺(tái)。它帶來(lái)了市場(chǎng)上從未見(jiàn)過(guò)的可能性：將大尺寸的分米級(jí)打印技術(shù)與微米級(jí)的特征結(jié)合起來(lái)，而且所有這些都只需幾個(gè)小時(shí)。"

其他混合光刻技術(shù)

盡管混合DLP-SLA 3D打印機(jī)遠(yuǎn)非行業(yè)規(guī)范，但這兩種技術(shù)的結(jié)合已有先例。AXTRA3D在去年年底發(fā)布了混合型PhotoSynthesis 3D打印技術(shù)，其目的是在同一臺(tái)機(jī)器上利用SLA、DLP和LCD的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)完全各向異性的部件生產(chǎn)。

△AXTRA3D發(fā)布的混合型PhotoSynthesis 3D打印技術(shù)

在其他地方，In-Vision等公司繼續(xù)致力于快速DLP技術(shù)的研究，其分辨率比前代產(chǎn)品有所提高。今年早些時(shí)候，In-Vision的 "阿凡達(dá) "光引擎被推出，具有原生4K能力，允許用戶固化更大的材料區(qū)域，并以高光學(xué)性能進(jìn)行移動(dòng)曝光。