高分辨率3D打印分層制造

供稿人:魏超 李滌塵

為了解決使用高分辨率（雙光子聚合）打印大尺寸結(jié)構(gòu)費(fèi)時(shí)的不足，來(lái)自西班牙馬拉加大學(xué)計(jì)算機(jī)系的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的切片算法以減少打印時(shí)間。此算法使用兩種或兩種以上的體素類(lèi)型（不同尺寸和形狀）來(lái)定義切片，基本原理是從低分辨率到高分辨率反復(fù)地從三維結(jié)構(gòu)中切出一些可以在每個(gè)分辨率下打印的部分。

此算法可應(yīng)用于固定層厚分層和自適應(yīng)層厚分層。算法的核心思想如圖1所示，使用兩種不同的體素類(lèi)型（代表兩種分辨率）進(jìn)行分層，綠色代表高分辨率，紅色代表低分辨率。把兩種分層進(jìn)行求交，重疊的部分即可用低分辨率快速打印，未重疊的部分也是突出或邊角特征的地方使用高分辨率打印保持形貌特征。

圖1 多分辨率分層制造切片算法的簡(jiǎn)化二維示例

圖2 三個(gè)零件的分層示例

文中選擇三種零件（如圖2）進(jìn)行算法驗(yàn)證，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，選擇兩種體素類(lèi)型，大尺寸是小尺寸的二位，所以理論加速比就是2倍。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三組：采用兩種分辨率打印，只采用高分辨率和只采用低分辨率。通過(guò)觀察顯微結(jié)構(gòu)，只采用低分辨率的樣本表面質(zhì)量非常差，不予考慮。將采用兩種分辨率打印和單純使用高分辨率過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。實(shí)驗(yàn)表明采用多種分辨率可以顯著減少打印時(shí)間，如果分辨率范圍變化更大，將會(huì)取得更大的加速比。

多分辨率分層制造可以大幅減少打印時(shí)間，有可能將雙光子聚合(TPP)應(yīng)用于許多學(xué)科，如微流體、超材料或潤(rùn)濕性研究。

表1 打印結(jié)構(gòu)信息

參考文獻(xiàn)：
Fernandez J D, De Coninck J. Multiresolution layered manufacturing[J]. Rapid Prototyping Journal. 25(2019)87-94.

供稿人:魏超 李滌塵 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室