DLP-SLA混合光固化3D打印技術(shù)

2022年10月7日，南極熊獲悉，阿姆斯特丹大學（UVA）已同意將其專利混合立體光刻（SLA）技術(shù)授權(quán)給數(shù)字光處理（DLP）3D打印機制造商atum3D。

這種混合SLA工藝由UVA大學的Van 't Hoff分子科學研究所開發(fā)，它結(jié)合了面曝光DLP和點曝光SLA技術(shù)，能夠大規(guī)模地生產(chǎn)具有高分辨率特征的部件。阿姆斯特丹大學表示，該技術(shù)一旦商業(yè)化，可用于解決醫(yī)療研發(fā)需求，如創(chuàng)建組織支架或具有臨床研究用途的微流體裝置。

△阿姆斯特丹大學校園。圖片來自UVA

atum3D的DLP 3D打印組合

atum3D總部位于荷蘭的高達市，專門從事DLP技術(shù)的開發(fā)，旨在解決系列制造應用。該公司的主要產(chǎn)品圍繞著DLP Station5-405、DLP Station 5-365 EXZ和DLPStation 5-405 EXZ，這些3D打印機的構(gòu)建量最大為192 x 108 x 450毫米。

由于其強大的405納米LED光引擎和100微米x、y分辨率的光學器件，atum3D表示這些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) "速度、精度和一致性的新水平"。這些平臺也是開放材料，因此用戶可以選擇最適合他們需求的第三方樹脂，而atum3D的固化站旨在幫助用戶實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的自動化。

利用atum3D的技術(shù)，用戶已經(jīng)能夠制造出從汽車到醫(yī)療的部件，像Spentsys公司就開發(fā)了病人專用的骨科設備。為了促進其產(chǎn)品在盡可能多的垂直領域的部署，該公司還發(fā)布了專門的 "升級包"，其中包括新手需要的一切。

△通過混合立體光刻技術(shù)3D打印晶格結(jié)構(gòu)。圖片來自UVA。

一種混合SLA和DLP的光刻技術(shù)

據(jù)混合SLA方法背后的UVA團隊稱，目前基于樹脂的3D打印技術(shù)通常能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率或高速生產(chǎn)，但很少有人能夠同時提供這兩種技術(shù)。為了改變這種情況，研究人員開發(fā)了一種新的工藝，在DLP投影儀上使用復合成像來實現(xiàn)低分辨率圖案。

混合立體光刻利用復合成像，其中使用DLP（數(shù)字光處理）投影儀實現(xiàn)大規(guī)模，低分辨率的圖案。為了創(chuàng)建微觀特征，用戶可以在這些層中安裝預定義的光掩模圖案。更重要的是，在層之間切換光掩模圖案可以創(chuàng)建三維重復的微特征。該方法可以在傳統(tǒng)的DLP 3D打印機中實施，只需稍作修改。材料包括目前使用的立體光刻，但也包括復合材料，例如陶瓷或含金屬的光聚合物。該方法已通過原理驗證設置并進行了演示，從而制造出特征尺寸小于10μm的打印部件。然而，研究人員表示其理論分辨率限制要低得多。

△范特霍夫（Van 't Hoff）分子科學研究所

為了評估這項工藝的潛在醫(yī)療應用，研究人員還利用它創(chuàng)建了一個血管連接處的細胞支架和一個微流控設備。雖然前者已被證明有足夠長的時間來促進細胞生長，并包含有50微米的孔隙，但后者包括200微米的通道和20微米的限制，旨在促進臨床研發(fā)期間的流體操作。atum3D的首席技術(shù)官兼創(chuàng)始人特里斯特拉姆·布德爾（Tristram Budel）則期望在這些初步成果基礎上更進一步。他設想打印一個全尺寸的心臟支架，具有受控的多孔結(jié)構(gòu)，只需不到一天的時間即可生產(chǎn)出來。腎臟只需要四分之一的時間。根據(jù)Budel的說法：“由于該技術(shù)的可擴展性，建立一個能夠可靠和可控地生產(chǎn)器官支架的生產(chǎn)設施成為一種真正的可能性。打印的器官支架還不是一個活的器官，在生產(chǎn)出真正的植入式器官之前，還需要更多的工作和研究，但我認為這絕對是一個值得重新審視3D打印技術(shù)的契機�！�

在獲得UvA光刻工藝的授權(quán)后，atum3D現(xiàn)在計劃將其與自己的DLP工藝相結(jié)合，以解決醫(yī)療以及超材料和半導體開發(fā)領域的問題。該公司的工業(yè)級光固化技術(shù)將強大的紫外線及其輻射熱集成在真空室中，以實現(xiàn)卓越的性能。在沒有氧氣的環(huán)境中進行后固化的能力大大提高了速度，并有助于優(yōu)化精度和最終材料性能�？傮w而言，atum3D的光固化技術(shù)及設備具有以下特點：

• 后固化效果更佳，速度提高 10 倍：固化站提供所有三個關(guān)鍵后固化因素中最好的：紫外線、熱和氧氣。關(guān)鍵的實際優(yōu)勢是雙重的：速度和準確性。在沒有固化抑制氧的情況下，樹脂后固化過程顯著加速。輻射熱增加了聚合物樹脂的遷移率，進一步提高了后固化反應的速度和完整性。
• 精度高，失真少，細節(jié)清晰：高強度紫外線與真空環(huán)境中的熱量相結(jié)合，使固化站能夠比其他后固化解決方案更徹底地對印刷部件進行后固化。所有三個關(guān)鍵變量都可以由用戶在單個自動固化預設中獨立控制，這使得固化站成為一種非常通用的設備。
• 強大的紫外線照明：固化站產(chǎn)生45瓦廣譜紫外光的總輻射功率。28個紫外線燈均勻分布在零件周圍的360度，從各個角度產(chǎn)生均勻的曝光。強大的燈光還對腔室內(nèi)的部件具有輻射熱固化效果。缺氧會產(chǎn)生比大氣壓更完整的反應。
• 一鍵式預設的完全控制：觸摸屏界面允許用戶完全自定義自動固化預設。真空、壓力、紫外線劑量、脫氣時間和冷卻時間可以在每個工藝步驟中單獨控制。通過在預設中結(jié)合一系列后續(xù)步驟，固化站允許根據(jù)樹脂特性和應用要求創(chuàng)建任何可以想象的固化過程。
• 大容量：憑借其 282 x 395 x 275 mm 的容量，固化站甚至可以對較大的零件進行后固化。易于拆卸的硼硅酸鹽板允許為作業(yè)選擇最佳設置。您是否希望使用多層設置在單次運行中對許多較小的零件進行后固化，或者通過移除頂板并利用整個內(nèi)部高度來修復多個較大的物體？
• DLP 設備整體解決方案：后固化在任何整體3D打印應用解決方案中都起著重要作用�，F(xiàn)在，可以使用操作臺軟件方便地創(chuàng)建打印作業(yè)，使用 DLP 站快速準確地打印任何樹脂中的零件，徹底清潔我們一個清潔站中的結(jié)果，并在我們最先進的固化站中將零件后固化到其最終規(guī)格。
  

△atum3D的DLP解決方案

因此，atum3D公司表示，UvA的混合光刻技術(shù)可以應用于常規(guī)的DLP系統(tǒng)，只需稍作修改，而且該公司已經(jīng)在與UvA的初始客戶合作，為其開發(fā)實際的使用案例。Tristram Budel說："我們認為，將我們目前的DLP技術(shù)與這項新技術(shù)結(jié)合起來，會產(chǎn)生一個改變游戲規(guī)則的平臺。它帶來了市場上從未見過的可能性：將大尺寸的分米級打印技術(shù)與微米級的特征結(jié)合起來，而且所有這些都只需幾個小時。"

其他混合光刻技術(shù)

盡管混合DLP-SLA 3D打印機遠非行業(yè)規(guī)范，但這兩種技術(shù)的結(jié)合已有先例。AXTRA3D在去年年底發(fā)布了混合型PhotoSynthesis 3D打印技術(shù)，其目的是在同一臺機器上利用SLA、DLP和LCD的優(yōu)勢，以實現(xiàn)完全各向異性的部件生產(chǎn)。

△AXTRA3D發(fā)布的混合型PhotoSynthesis 3D打印技術(shù)

在其他地方，In-Vision等公司繼續(xù)致力于快速DLP技術(shù)的研究，其分辨率比前代產(chǎn)品有所提高。今年早些時候，In-Vision的 "阿凡達 "光引擎被推出，具有原生4K能力，允許用戶固化更大的材料區(qū)域，并以高光學性能進行移動曝光。