新3D打印机用光线塑造物体形状学术资讯

研究人员用新3D打印技术制作了著名艺术家罗丹的作品“思想者”的模型。

用计算轴向光刻技术打印的牙齿模型。

用计算轴向光刻技术制作的弹性水凝胶“甜甜圈”。

《科学》杂志（Science）1月31日报道，美国加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的研究人员设计了一种新型的3D打印机，它可以利用光线在几分钟内将黏稠的液体打印成复杂的固体产品。研究人员给这台打印机起了个绰号叫“复制器”——这是《星际迷航》(Star Trek)中出现过的神奇设备。新3D打印机可以制作比传统3D打印机更平滑、更灵活和更复杂的物体。它甚至还能用新材料来加工已有产品。例如，为金属螺丝刀增加一个手柄。研究人员认为，这项技术有可能改变包括假肢和眼镜镜片等在内的大量产品的设计和制造方式。加州大学伯克利分校机械工程助理教授、论文资深作者Hayden Taylor说：“我认为这台打印机会对产品的规模化定制产生积极影响，并改变产品的设计方式。”

大多数传统的3D打印机和光雕刻技术，都是采用层叠方式逐层构建3D对象。这样做的后果会导致出现沿边缘的“阶梯”效应。可弯折材料和柔性材料在打印过程中会产生形变，传统3D打印技术对此往往“心有余而力不足”。Taylor等设计的新型3D打印机使用的原材料是一种粘性液体，这种液体在一定的光线条件下会发生固化反应。使用者只需将精心制作好的光线图案（本质上可认为是“影片”）投射到一个旋转的液体圆柱体上，就能快速得到想要的产品了。Taylor解释说：“只要你有一个投影仪，然后将它连接到笔记本电脑上，笔记本电脑为马达带动的含3D打印树脂的圆筒下达‘指令’，就可以坐等产品诞生了。虽然这其中有很多细节问题需要考虑，例如树脂的构成、如何设计投影影像等，但它的技术门槛并非不可逾越。”

Taylor团队已经使用打印机制造了一系列物品，从罗丹的“思想者”雕像的小模型到定制的颌骨模型等。目前，他们已经能够用打印机制作直径达4英寸的物体了。论文作者Brett Kelly说：“这是我们首次摒弃了层叠构建3D部件的方式。新打印机让3D打印真正实现了3D化。”

新型打印机的设计灵感来自于计算机断层扫描(CT)。CT技术常用于帮助医生定位体内肿瘤和骨折情况。Taylor说：“与CT的测量原理不同，我们是为了制造物体。但我们确实从CT技术中获益匪浅。”

除了需要复杂运算得到的模式化光，研究人员面临的另外一个巨大挑战是，如何配制一种新材料，使其在微光条件下保持液态，而在海量光线下迅速变成固体。为此，研究人员配制了一种特殊的树脂。树脂由液体聚合物、光敏分子和溶解氧混合而成。光敏分子被特定光线条件激活后，会消耗溶解氧，在氧气耗尽的区域，聚合物会发生“交联”反应，从而由液体转化为固体。未使用的树脂可以在氧气氛围下加热回收。论文作者Hossein Heidari说：“我们的技术几乎不会浪费任何材料。这是这项技术的巨大优势所在。”此外，新3D打印机对打印对象的透明度也没有要求。研究人员使用染料成功打印出了非透明物体。

利弗莫尔实验室(Livermore lab)的工程师Maxim Shusteff评论说：“这项技术很吸引人，因为它创造了一种新的3D立体打印模式。我们希望这能为其他研究人员探索一体成型化打印技术开辟前路。”

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编译：雷鑫宇

审稿：三水

责编：张梦

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：

https://techxplore.com/news/2019-01-d-printer-rays.html