比Carbon快5-10倍，支持多色打印，斯坦福iCLIP 3D打印技術(shù)登上《Science》子刊封面

2022年9月29日，南極熊獲悉，斯坦福大學(xué)一項3D打印技術(shù)登上學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》的封面，他們將這項新技術(shù)命名為iCLIP，本質(zhì)上是對Carbon公司連續(xù)液體界面生產(chǎn)(CLIP)技術(shù)的改進(jìn)�？梢宰龅奖饶壳笆袌錾献羁斓母叻直媛蕵渲�3D打印機快5-10倍，并且能夠使用多種樹脂進(jìn)行多種顏色的打印。

△《Science Advances》雜志封面介紹最新的iCLIP 3D打印技術(shù)

△iCLIP技術(shù)的深度講解，英文版視頻

那么iCLIP技術(shù)的原理究竟是怎樣的呢？我們首先要來回顧一下Carbon的CLIP技術(shù)。

CLIP技術(shù)是2015年在《科學(xué)》（Science）封面發(fā)表的一項革命性3D打印技術(shù)，后來Carbon公司進(jìn)行了商業(yè)化。這項技術(shù)的核心是“利用一層透氧膜，隔離光敏樹脂液體和空氣中的氧氣，實現(xiàn)高速、連續(xù)的3D打印成型”，CLIP技術(shù)比當(dāng)時其他的3D打印快25-100倍。

CLIP打印看起來像是科幻電影中的場景，一個上升的平臺從薄薄的樹脂池中，平穩(wěn)地拉出看似完全成型的物體。表面的樹脂通過投射在池子里的一連串紫外線圖像硬化成預(yù)設(shè)的形狀，而池子底部的氧氣層則阻止了固化，并創(chuàng)造了一個 "死區(qū)"，在那里樹脂依然保持著液體的形態(tài)。

△CLIP技術(shù)的核心是利用一層透氧膜，隔離光敏樹脂液體和空氣中的氧氣，實現(xiàn)高速、連續(xù)的3D打印成型

死區(qū)是CLIP速度的關(guān)鍵。隨著打印固化部分的不斷抬升，液體樹脂應(yīng)該盡快填充在它的底部，從而實現(xiàn)平滑、連續(xù)的打印。但對于很多情況下，樹脂的流動速度并沒有這么快，特別是如果部件上升太快或樹脂特別粘稠的時候。

如今已經(jīng)過去7年時間，斯坦福大學(xué)團隊對這項技術(shù)進(jìn)行了升級，新提出的“iCLIP”工藝，對CLIP打印機樹脂池底部充滿氧氣的“死區(qū)”進(jìn)行重新利用。通過注射（Injection）的方式將材料泵入這個區(qū)域中，科學(xué)家們成功地加快了過程，并解鎖了獨特的管道集成部件設(shè)計。

斯坦福大學(xué)機械工程博士生、主要作者 Gabriel Lipkowitz解釋道 ：“CLIP中的樹脂流動是一個非常被動的過程，你只是把物體拉起來，希望吸力能把材料帶到需要的地方。現(xiàn)在，通過這項新技術(shù)，我們可以主動將樹脂注射到打印機需要的地方�！�

“樹脂是通過與設(shè)計同時打印的導(dǎo)管輸送的。導(dǎo)管可以在物體完成后被移除，或者它們可以被納入設(shè)計中，就像靜脈和動脈被構(gòu)建在我們自己的身體中一樣。”

△CLIP與iCLIP兩種技術(shù)的區(qū)別：（CLIP是讓樹脂從模型周圍流入，而iCLIP則是從上方注入樹脂）

這項研究的作者之一、Carbon聯(lián)合創(chuàng)始人約瑟夫·德西蒙(Joseph DeSimone)說：“它將使我們的打印速度大大提高，有助于開創(chuàng)數(shù)字制造的新時代，并使復(fù)雜的、多材料的物體的制造成為可能，只需一步。”

△使用斯坦福的iCLIP方法3D打印的教堂模型，可以在單個物體中使用多種類型或顏色的樹脂

該團隊的研究成果，比目前最快的高分辨率打印速度約快5到10倍，并有可能讓研究人員使用具有更好機械和電氣性能的工程樹脂。

△該團隊的最近研究成已發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上，題目為“注入連續(xù)液體界面生產(chǎn)3D物體”（傳送門）

通過單獨注入的樹脂，新工藝iCLIP提供了在打印過程中，使用多種類型的樹脂進(jìn)行打印的技術(shù)，每種新的樹脂只需要單獨的注射器。

研究人員用多達(dá)三個不同的注射器對打印機進(jìn)行了測試，每個注射器都填充了染成不同顏色的樹脂。他們成功地用每個國家的國旗顏色打印了幾個國家的著名建筑模型，包括用烏克蘭國旗的藍(lán)色和黃色打印了圣索菲亞大教堂，和用美國紅、白、藍(lán)三色打印的獨立大廳。

△多材料iCLIP的打印計劃：(A到E)五個用于測試的多材料iCLIP打印目標(biāo)，以各個國家重要的建筑為模型，構(gòu)建的顏色采用該國家國旗上的主要基色，復(fù)雜程度依次增加。(F到J) 相應(yīng)的iCLIP打印策略，突出了打印過程中不斷變化的幾何形狀

Lipkowitz說：“3D打印技術(shù)的“必殺技”就是制造具有不同材料或機械性能的物體，應(yīng)用范圍包括從非常有效的能量吸收結(jié)構(gòu)，到具有不同光學(xué)特性和先進(jìn)傳感器的物體�！�

在成功證明了iCLIP具有用多種樹脂打印的潛力后，DeSimone、Lipkowitz和他們的同事正在開發(fā)軟件，以優(yōu)化每個打印件的流體分布的的設(shè)計。他們希望確保設(shè)計師能夠精細(xì)地控制樹脂類型之間的界限，并有可能進(jìn)一步加快打印過程。

Lipkowitz說：“一個設(shè)計師不應(yīng)該為了能夠快速打印一個物體，就必須學(xué)會流體動力學(xué)。我們正在努力創(chuàng)建高效的軟件，它可以把一個設(shè)計師想要打印的零件，不僅自動生成分布網(wǎng)絡(luò)，而且還可以確定管理不同樹脂的流速，以實現(xiàn)單次打印構(gòu)建多材料的目標(biāo)。"

這項工作由斯坦福大學(xué)Precourt能源研究所、斯坦福伍茲環(huán)境研究所和美國國家科學(xué)基金會提供資助。