3D打印新技術可快速生成“大物件”

3D打印快訊
2019
10/21
17:14
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來源: 中國科學報

2019年10月17日,Mirkin及其在伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學的同事宣布,他們已經發明了一種3D打印機,可以高速打印出迄今為止最大的物體。這一進展可能會徹底改變汽車和飛機部件的制造,并削弱DeSimone公司的業務。不過,DeSimone說,“我喜歡看到這個領域的創新。”他表示自己并不擔心競爭,并指出當涉及到為客戶生產成品時,打印機的尺寸“只是個開始”。Mirkin的技術要在市場上證明其價值還有很長的路要走。

CLIP 技術

然而,并沒有參與這項工作的明尼阿波里斯市明尼蘇達大學化學家Michael McAlpine將這一成果描述為“一個相當重大的進步”。3D打印始于20世紀80年代初。如今,最常見的版本是利用光將液體塑料樹脂一層一層地固化成固體。當第一層固化完畢并從打印機中抽離后,投影儀將圖案照射到新的一層,該層固化后將與第一層連接。與大多數傳統制造工藝相比,3D打印機的精確度足以制造出更為復雜的設計。

然而,早期的3D打印速度很慢,通常要花一天中的大部分時間制造一個咖啡杯大小的物體。另一個問題是層與層之間的接口在結構上非常脆弱,這使得最終的成品很易碎。

一個關鍵的進展出現在2015年,當時還在教堂山市北卡羅來納大學任職的DeSimone及其同事在《科學》雜志上報告了一種3D打印的新進展,被稱為連續液體界面生產(CLIP)。這種方法通過一個窗口將紫外線照射到充滿液體樹脂的區域。與此同時,這個窗口也允許氧氣擴散到液體中,并在那里創造了一個薄的“盲區”以抵抗固化。

在這個區域上方,光線將液體樹脂固化成固體。一個機械裝置緩慢地將正在生長的固體物質拉出液體樹脂,同時使得額外的材料固化并附著在沒有接口的地方,最終得到的產品在結構上比之前的方法更加結實。

自從這項研究成果公布以來,DeSimone和他位于加利福尼亞州雷德伍德市的公司已經籌集了6.8億多美元,并與包括阿迪達斯、福特和里德爾在內的多家公司達成了生產協議,生產包括汽車零部件、運動鞋、牙齒植入物和橄欖球頭盔在內的各種產品。

不過CLIP技術也有局限性。其中一個問題是固化過程會釋放熱量,導致打印出來的零件變形和開裂。為了有效地散熱,產品的橫截面積不能大于41.4厘米×25.9厘米。如今,Mirkin的研究團隊報告說,通過在液體樹脂下循環一種液體冷卻劑,然后再穿過一個冷卻裝置,可以直接從這些正在生長的打印產品中吸收熱量。


研究人員當天在《科學》雜志上寫道,這使得他們能夠在幾個小時內打印出一個成人大小的3D物體。Mirkin指出,這種技術可以通過并排放置的4個投影儀發出的光,打印橫截面積近1平方米、高度超過4米的物體,他們將這一過程稱為“貼磚”。

Mirkin說,在未來,添加額外的投影儀可以讓他們能夠打印更大的物體。他表示:“從理論上講,我們的技術是無限的。”目前,Mirkin和他的同事成立了一家名為Azul 3D的公司,旨在使這項打印技術商業化。該公司正在改進原型機,預計將在18個月內開始銷售這種3D打印機。



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