斯坦福大學新研究：動態(tài)優(yōu)化連續(xù)液體界面打印技術，獲得跨尺度精細結構

導讀：在增材制造中，保持高打印速度的同時獲得微小復雜的三維聚合物結構一直是一個挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)聚合物材料在微米長度尺度上的打印精度，大多數(shù)3D打印技術都采用了選擇了犧牲打印速度的打印方法。那么有沒有可能獲得打印又快又精確的復雜模型呢？斯坦福大學的研究者們給出了答案。

2022年4月，南極熊獲悉，斯坦福大學的研究者們發(fā)表了一項題為《Characterization of a 30 μm pixel size CLIP-based 3D printer and its
enhancement through dynamic printing optimization 》（《基于CLIP的30微米像素大小的3D打印機的特性，并通過動態(tài)打印優(yōu)化增強其性能》）的研究，實現(xiàn)了。研究者們利用CLIP打印系統(tǒng)和動態(tài)優(yōu)化相結合，快速制造了精細的梯形微針陣列和微晶格結構，讓我們看看他們的具體研究吧！

連續(xù)液體界面生產(chǎn)（CLIP）
在3D打印技術中，連續(xù)液體界面打印技術（CLIP）是一種具有高度可擴展性、高打印速度、先進的樹脂打印技術、高精度和更好地控制物體表面粗糙度的技術。CLIP技術的核心是創(chuàng)造連續(xù)的液體界面，即死區(qū)。死區(qū)是由持續(xù)的氧氣供應（由一種光聚合抑制劑提供）來創(chuàng)造和維持的，這種氧氣通過樹脂底部的高透氧性窗口送入。然后樹脂根據(jù)切片信息由光源進行固化。CLIP相比于其他3D打印技術有巨大的優(yōu)勢。

△高分辨3D打印技術的比較


△實驗過程示意圖和設備

動態(tài)打印
研究人員使用一個具有30微米分辨率的連續(xù)液體界面生產(chǎn)（CLIP）的3D打印系統(tǒng)，打印聚合物微結構。為了探索30微米分辨率的CLIP 3D打印機的參數(shù)可控性，研究人員首先進行了動態(tài)打印研究，逐層改變曝光時間，觀察了打印效果。在三維垂直分辨率實驗中，研究人員觀察到在固定的紫外光強度下，需要對曝光時間進行微調(diào)，以獲得接近原始設計的打印結果。這一觀察結果指導研究人員為每個曝光層分配優(yōu)化的曝光時間和紫外線強度，在一次打印中實現(xiàn)各種支桿寬度制造的可能性（可以同時打印不同尺寸量級的支柱）。與傳統(tǒng)的靜態(tài)3D打印方法（對所有層使用相同的打印參數(shù)）相比，動態(tài)3D打印對每個層使用最佳打印參數(shù)，以實現(xiàn)接近原始設計的3D打印結構，例如下圖的金字塔打印模型。

△靜態(tài)打印和動態(tài)打印的比較

動態(tài)三維打印被證明能夠顯著提高打印性能，并且能夠解決傳統(tǒng)靜態(tài)打印無法解決的三維微結構的精細特征。 動態(tài)打印可以最終導致 "智能3D打印"，為未來的智能打印奠定基礎。智能打印流程：(1）用各種打印參數(shù)校準樹脂，（2）3D結構的STL分析算法（3）分配每層的自動打印參數(shù)

研究人員指出CLIP技術與30微米分辨率的投影透鏡系統(tǒng)相結合，能夠?qū)崿F(xiàn)二維和三維中30微米的最小可打印特征。通過在一次打印中動態(tài)優(yōu)化打印參數(shù)，能夠成功解決各種厚度跨越一個數(shù)量級（25-200微米）的懸垂支柱。為未來的智能打印提供了新思路。


△含有微細結構的打印模型

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102800