嫌3D打印速度比長蘑菇還慢，Carbon3D老板現(xiàn)身說法，CLIP到底是個(gè)啥黑科技

很多人經(jīng)常問南極熊，3D打印是否可以在制造業(yè)中普遍應(yīng)用��？到目前為止，3D打印在成為一種真正制造業(yè)工具的道路上仍面臨著許多挑戰(zhàn)。一個(gè)首要的問題就是，一般的3D打印技術(shù)是通過一次打印一層，層層疊加的方式來制造物體的。這種方式不僅速度慢，而且制造出的物體在強(qiáng)度上無法與目前用沖壓或注塑方式制造的物體相比。而更大的問題在于，這些3D打印部件不具備各向同性而且耐用性差，無法用于汽車等領(lǐng)域的制造。

美國Carbon3D老板Joseph DeSimone喬伊·狄西蒙受到《終結(jié)者2》中關(guān)于T－1000機(jī)器人的鏡頭的啟發(fā)，我們想，為什么3D打印機(jī)不能以這種形式運(yùn)作呢？你想要的物體從一個(gè)水洼里升起，基本實(shí)時(shí)并且沒有浪費(fèi)，就像這個(gè)電影里一樣。我們能從好萊塢的啟發(fā)中發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)它的辦法嗎？這就是我們的挑戰(zhàn)，如果我們成功了，就能從根本上解決阻礙3D打印作為一種制造方法的3個(gè)主要問題：

3D打印永遠(yuǎn)打不完。蘑菇都比3D打印的零件長得快。那種一層一層的工序會導(dǎo)致打印出來的零件有力學(xué)性能上的缺陷。所以如果我們能讓零件連續(xù)地“生長”，就能排除這種缺陷。3D打印的材料選擇太過有限。實(shí)際上，如果零件生長得足夠快，我們可以開始使用自愈合材料，就能獲得一些奇妙的性質(zhì)。所以如果我們能成功模仿好萊塢，我們就能真正地3D制造。

于是便有了CLIP(Continuos Liquid Interface Production).下面這是南極熊找到的Carbon3D老板Joseph DeSimone在TED上的演講視頻，以及文字翻譯。希望對各熊友有所啟發(fā)。

http://v.qq.com/boke/page/w/0/v/w0149j3xuqv.html

我今天非常榮幸在此 與大家分享我們最近兩年 所致力研究的成果， 這些成果是在積層制造領(lǐng)域取得的， 也就是所謂的3D打印。

大家可以看下我手里這個(gè)東西。 看似簡單，但又相當(dāng)復(fù)雜。 這是一個(gè)同心和密網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的組合， 每個(gè)部分都彼此相連。 它并非傳統(tǒng)制造技術(shù)所能完成。 結(jié)構(gòu)具有對稱性，因此不能注塑模具。 甚至不能通過銑削制造。 這需要3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)， 但大多數(shù)3D打印機(jī)需要 3-10小時(shí)來完成整個(gè)制造過程， 今晚我們會嘗試用 我上臺演講的10分鐘時(shí)間 來完成這個(gè)制造過程。 祝我們好運(yùn)吧！

“3D打印”的叫法其實(shí)并不恰當(dāng)。 技術(shù)的本質(zhì)是反復(fù)進(jìn)行二維印刷， 采用的是二維印刷的相關(guān)技術(shù)。 試想你正在使用噴墨打印機(jī) 在紙上打印文字， 反復(fù)進(jìn)行這一過程 就可以構(gòu)建一個(gè)三維物體。 在微電子學(xué)中， 人們使用相同原理的光刻技術(shù)， 來制造晶體管和集成電路， 反復(fù)構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)。 這些都2D印刷技術(shù)。

我是個(gè)化學(xué)家，也是材料學(xué)家， 我的發(fā)明伙伴也都是材料學(xué)家， 一個(gè)是化學(xué)家，一個(gè)物理學(xué)家， 我們開始對3D打印產(chǎn)生了濃厚的興趣。 大家知道，新穎的想法往往只是一些 不同機(jī)構(gòu)里跨領(lǐng)域跨背景的人 相互溝通后的產(chǎn)物， 而這就是我們的故事。

我們的靈感來源于 《終結(jié)者2》的機(jī)器人T-1000 出現(xiàn)的一個(gè)場景， 而后我們就產(chǎn)生了這樣的疑問：為何3D打印機(jī) 不能通過這樣的方式來運(yùn)行？ 讓一個(gè)物體從液體中成形， 達(dá)到實(shí)時(shí)完成并 避免造成浪費(fèi)的目的， 又能制造出很棒的物體。 就像電影中那樣。 我們可否取材好萊塢， 找出辦法真正嘗試實(shí)現(xiàn)這一效果？ 這就是我們面臨的挑戰(zhàn)。 而我們的思路是， 如果我們能做到， 那我們就可以從根本上解決 阻礙3D打印進(jìn)入制造工程的三個(gè)難題。

首先，3D打印耗時(shí)太長。 甚至某些蘑菇生長速度 都比3D打印制造還快。（笑聲） 積層疊加的制造工藝 使得機(jī)械性能存在缺陷， 如果能實(shí)現(xiàn)無間斷制造， 就可以消除這些缺陷。 事實(shí)上，如果生產(chǎn)速度夠快， 也可以開始使用 自凝材料，取得材料特性上的突破。 如果我們能成功模仿好萊塢， 我們就可以真正解決3D制造問題。

我們的方法是使用高分子化學(xué)領(lǐng)域中的 常識性知識， 通過控制光和氧氣來進(jìn)行無間斷制造。 光和氧氣的作用不同。 光可以將液態(tài)樹脂轉(zhuǎn)換成固體， 即把液體轉(zhuǎn)換為固體。 氧氣則可抑制這一過程。 所以從化學(xué)角度看， 光和氧氣的作用彼此對立， 我們要是能立體地控制光和氧氣， 我們就可以控制制作過程。 我們將這個(gè)過程稱為 CLIP（無間斷液態(tài)界面印制法）。

CLIP有三個(gè)功能組件。
第一個(gè)是用于存放液體的容器， 就像液態(tài)金屬機(jī)器人T-1000。 容器的底部有一個(gè)特殊窗口。 我等下會談到。
組件二是一個(gè)平臺，可下降至容器， 把物體從溶液中徑直拉出。
第三部分是數(shù)字光投影系統(tǒng)， 位于容器的下方， 可提供紫外光區(qū)域的照明。
關(guān)鍵就在于容器底部的窗口， 這是一個(gè)復(fù)合體， 一個(gè)非常特殊的窗口 不僅透光，而且透氧。 性質(zhì)與隱形眼鏡相似。 這里可以看到這個(gè)過程是如何進(jìn)行的。

大家可以看到， 當(dāng)架臺降低到那里， 傳統(tǒng)制造使用不透氧窗， 可以制造出二維圖案， 并最終用傳統(tǒng)的不透氣窗口 將圖案粘合到窗口上， 因此，要形成下一層， 你必須將其分開， 重新添加樹脂、重新定位， 并重復(fù)完成這個(gè)過程。

但用我們的特殊窗口， 我們可以讓氧氣從底部進(jìn)入， 當(dāng)光線擊中氧氣， 氧氣就會抑制反應(yīng)， 形成一個(gè)無感區(qū)。 無感區(qū)大約有幾十微米厚， 大約是紅細(xì)胞直徑的兩三倍， 位于窗口接口處依然可以保持液體狀， 然后我們把這物體拉出， 正如我們在《科學(xué)》雜志中介紹的， 我們只要改變氧含量， 就可以改變無感區(qū)的厚度。 因此我們控制了一些關(guān)鍵變量： 氧含量、 光、光的強(qiáng)度、凝劑劑量、 粘度、形狀結(jié)構(gòu)。 我們用非常精密的軟件 來控制這個(gè)過程。 得出的成果是相當(dāng)驚人的。

與傳統(tǒng)的3D打印機(jī)相比， 這要快25到100倍， 這是劃時(shí)代的變革。 另外，隨著控制接口 液體調(diào)節(jié)的能力提升， 我相信打印速度可以再快1000倍， 而這同時(shí)開啟獲得大量熱量的機(jī)會， 而作為一名化學(xué)工程師， 我熱衷于熱量的轉(zhuǎn)化， 未來也許會出現(xiàn)水冷式3D打印機(jī)， 因?yàn)榇蛴〉乃俣忍�快了�?

另外，因?yàn)槲覀兩�長式的制造方式， 摒棄了傳統(tǒng)的積層制造， 部件的整體性得到提升， 你看不到表層到結(jié)構(gòu)。 可以得到分子級的平滑表面。 3D打印的大部分部件 并不受歡迎， 這是因?yàn)閷邮浇Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致其機(jī)械特性 取決于你打印時(shí)的方向和定位。 但當(dāng)你通過生長式的方式打印， 物體的特性不會因打印方向而變。 這些看起來更像澆筑零件， 與傳統(tǒng)的3D制造大不一樣。 此外，我們能夠利用 整本高分子化學(xué)課本的知識， 設(shè)計(jì)出合適的化學(xué)材料， 來制造你真正在一個(gè)3D打印零件中 所期待的特性。 （掌聲）

做好了，非常棒！ 在臺上做這樣的事總會擔(dān)心它不成功， 對吧？ 但是我們的材料有強(qiáng)大的機(jī)械特性。

這是第一次，我們可以制作高彈性 或高阻尼系數(shù)的彈性體。 試想用它們進(jìn)行振動控制 或者制作優(yōu)質(zhì)運(yùn)動鞋。 我們可以制造出超高強(qiáng)度材料， 具有高強(qiáng)度重量比， 真正的超高強(qiáng)度材料， 真正超彈力材料， 那么我拋給在場的觀眾感受一下。 這些都是偉大的材料特性。 眼前的機(jī)遇就是：如果制造出的成果 可以成為最終成品， 又能以行業(yè)變革的速度進(jìn)行， 那就可以真正改變制造業(yè)的面貌。

目前在制造業(yè)中，數(shù)字化制造領(lǐng)域 正在應(yīng)用的就是所謂的“數(shù)字線”。 我們從CAD繪圖、設(shè)計(jì)，到原型，再到制造。 經(jīng)常會發(fā)生數(shù)字線生產(chǎn)在 原型制造這一環(huán)節(jié)卡殼， 因?yàn)闊o法直接生產(chǎn)制造， 因?yàn)榇蟛糠植考�不具�?成為最終產(chǎn)品的特性。 現(xiàn)在我們可以把數(shù)字化線的 每個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)起來 從設(shè)計(jì)、原型設(shè)計(jì)一直到制造， 這一機(jī)遇真正打開了 制造各樣物品的可能性， 例如可以通過使用高強(qiáng)度重量比的 網(wǎng)格型材料， 新的渦輪葉片，以及其他很多 性能優(yōu)越的零件來降低汽車的油耗。

想想看，如果你在急救中需要一個(gè)支架， 相比醫(yī)生從架子上拿一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)尺寸的支架而言， 一個(gè)符合你自身結(jié)構(gòu)， 為你量身定做的支架， 在緊急情況下可隨時(shí)打印獲得， 而支架可以在18個(gè)月后消失： 革命性的改變。 或者數(shù)字化牙科： 就在你躺在牙醫(yī)椅子上時(shí) 就可以做出這類結(jié)構(gòu)。 看看我的學(xué)生 在北卡羅萊納大學(xué)所完成的成果。 這些是令人驚嘆的微型結(jié)構(gòu)。

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)讓我們可以制作10微米 甚至更小的物體， 我們這方面做得很好， 但在10到1000微米的范圍內(nèi) 制造物體是非常困難的， 在這個(gè)中等尺度范圍。 而硅產(chǎn)業(yè)的消減技術(shù) 無法勝任此工作。 他們不能理想地蝕刻芯片。 但我們的制造過程相當(dāng)精細(xì)， 可以從底部向上制作物體， 利用添加制造技術(shù)， 在幾十秒內(nèi)達(dá)到驚人的效果， 這將帶來新的傳感技術(shù)、 新的藥品傳輸技術(shù)、 嶄新的”芯片實(shí)驗(yàn)室“應(yīng)用 等真正的革命性產(chǎn)物。

因此這種讓零件制造成為成品的 實(shí)時(shí)制造技術(shù)， 真正打開了3D制造業(yè)的大門， 對我們來說，這非常令人振奮， 因?yàn)檫@真正實(shí)現(xiàn)了硬件、 軟件和分子科學(xué)之間的交互， 我迫不及待地想看到 世界各地的設(shè)計(jì)師和工程師們 會用這偉大的工具做出什么成果。

感謝各位的聆聽。 （掌聲）

本文感謝沙永夏、歐陽杏儀、杜寧等大牛。

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