【南極熊3D打印文化】CLIP：連續(xù)液界制造技術(shù)

CLIP：連續(xù)液界制造技術(shù)

連續(xù)液界制造技術(shù)，也就是CLIP技術(shù)（ContinuousLiquid Interface Production），由北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分�；瘜W(xué)教授、Carbon3D的CEO約瑟夫·德西蒙尼（JosephM. DeSimone）與他的同事兼Carbon3D的首席技術(shù)官亞歷克斯·葉爾莫什金（Alex Ermoshkin）以及北卡羅來(lái)納大學(xué)的化學(xué)教授愛德華·薩穆爾斯基（Edward T. Samulski）合作發(fā)明。正是基于此技術(shù)，他們獲得了2.55億元風(fēng)投，成立了Carbon公司。

為了幫助大家更好地理解CLIP技術(shù)的原理，先跟大家說說什么是丙烯酸酯的氧阻聚效應(yīng)。之前我們提到過，光敏樹脂分為丙烯酸酯和環(huán)氧樹脂兩大類。在光照下，丙烯酸酯類樹脂容易受到氧氣的影響，導(dǎo)致固化失敗。而環(huán)氧樹脂類的光敏樹脂沒有氧阻聚效應(yīng)，不會(huì)受到氧氣的影響。我們看到很多桌面級(jí)SLA打印機(jī)的光源位于樹脂槽下方，每固化一層，打印平臺(tái)會(huì)向上移動(dòng)。這是因?yàn)楣袒瘜記]有氧氣的介入，使用丙烯酸酯打印的SLA物品成功率更高。

CLIP技術(shù)就是基于傳統(tǒng)的桌面級(jí)SLA技術(shù)，并且利用了丙烯酸酯的氧阻聚效應(yīng)：使用一種透明透氣的特氟龍膜作為樹脂槽底部，供光和氧氣通過。由于氧阻聚效應(yīng)，進(jìn)入樹脂槽的氧氣會(huì)抑制離底部最近的一部分樹脂固化，形成幾十微米厚的“盲區(qū)”（dead zone）。同時(shí)，紫外光會(huì)固化盲區(qū)上方的光敏樹脂。也就是說固化的打印件并沒有像傳統(tǒng)的SLA打印機(jī)那樣黏在樹脂槽底部，所以打印時(shí)無(wú)需緩慢剝離，從而可以可以做到連續(xù)打印，實(shí)現(xiàn)比普通光固化快10倍到100倍的打印速度。

CLIP工作原理示意圖

CLIP技術(shù)利用了通常人們希望避免的氧阻聚效應(yīng)，從而達(dá)到了突破性的打印速度。但是這也限制了其只能使用丙烯酸酯類的光敏樹脂，而無(wú)法利用到環(huán)氧類光敏樹脂的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，CLIP連續(xù)打印沒有刮刀涂覆的步驟，這就要求光敏樹脂黏度低，有較好的流動(dòng)性，因此對(duì)CLIP技術(shù)使用的光敏樹脂提出了更高的要求。

CLIP打印技術(shù)過程

傳統(tǒng)的SLA技術(shù)采用逐層固化、層層疊加的方式來(lái)構(gòu)造三維物體，層與層之間需中斷光照射，然后在已固化區(qū)域表面重新覆蓋光敏樹脂，再進(jìn)行光照射形成新的固化層，這種方式相對(duì)來(lái)說比較耗時(shí)。CLIP技術(shù)最重要的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一個(gè)是之前提到的打印速度，比傳統(tǒng)的3D打印機(jī)要快10倍到100倍；另一個(gè)是分層理論上可以無(wú)限細(xì)膩：傳統(tǒng) 3D 打印需要把 3D 模型切成很多層，這就決定了粗糙無(wú)法消除，而連續(xù)液面生產(chǎn)模式在底部投影的光圖像可以做到連續(xù)變化，在工藝上與澆筑零件更為相似。如下圖所示，右邊傳統(tǒng)的3D打印物體因?yàn)閷訝罱Y(jié)構(gòu)，抗剪切性能很差；而CLIP技術(shù)制造的物體表面細(xì)膩，在實(shí)際應(yīng)用中少了很多顧慮。

顯微鏡下CLIP技術(shù)(左)與傳統(tǒng)SLA 3D打�。ㄓ遥�對(duì)比

根據(jù)CLIP技術(shù)的發(fā)明人DeSimone教授介紹，利用CLIP技術(shù)制造出來(lái)的產(chǎn)品具有更強(qiáng)大的機(jī)械特性，這種技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了高彈性或高阻尼系數(shù)的彈性體，利用其可以進(jìn)行振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)或者制作高彈性的運(yùn)動(dòng)鞋。

CLIP技術(shù)制造的物體（左）具有更好的彈性表現(xiàn)

CLIP技術(shù)開啟了創(chuàng)新的新領(lǐng)域，比較有前景的是個(gè)性化醫(yī)療，例如針對(duì)病人定制心臟支架、冠狀動(dòng)脈支架，傳統(tǒng)需要幾小時(shí)甚至幾天的制造時(shí)間，CLIP技術(shù)只需要十幾分鐘就能完成打印任務(wù)。除了健康保健和醫(yī)療，也包括其它重大行業(yè)，包括汽車和航空。

我們了解到，美國(guó)的德西蒙尼CLIP技術(shù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在進(jìn)行彈性體、聚硅酮、類似尼龍的材料、陶瓷和生物可降解材料的研發(fā)。而在2016年年底開始，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)和研究所開發(fā)出了這種技術(shù)。2017年3月，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有商業(yè)化CLIP打印機(jī)亮相。

CLIP技術(shù)的發(fā)明所帶來(lái)的真正意義是什么？眾所周知，現(xiàn)今世界的納米制造技術(shù)已經(jīng)非常尖端了，摩爾定律已經(jīng)讓我們能夠制作10微米甚至更小的物體，但是人類在10到1000微米的中等尺度范圍內(nèi)制造物體還是非常困難的。當(dāng)我們的3D打印技術(shù)達(dá)到非常精密的時(shí)候，卻能夠達(dá)到驚人的效果。3D打印的技術(shù)突破，會(huì)像多米諾骨牌一樣，將為人類帶來(lái)新的傳感技術(shù)、新的藥物傳輸技術(shù)、芯片技術(shù)等真正的革命性產(chǎn)物。今后我會(huì)慢慢為大家普及這些全新的技術(shù)。

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