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X线照相体积光固化3D打印技术,无需支撑

发布时间:2023-03-17 人气:843

X线照相体积光固化3D打印技术,无需支撑

增材制造的应用范围正在迅速扩展,包括批量生产运动鞋类零件、牙科陶瓷、航空航天零件、制造微流体、医疗设备、人造器官等。所使用的光固化3D打印技术,由于对
空间和时间的高度控制而特别成功,但这些技术仍具有点状或分层生成的常见图案,如SLA、激光粉末床融合、连续液体界面生产(CLIP),Volumetric体积3D打印技术
是发展得下一个方向。

△X线照相体积光固化3D打印机

2020年12月23日,南极熊注意到,顶级期刊《nature》上重磅发布了一篇论文Xolography for linear volumetric 3D printing,可以理解为X线照相体积3D打印技术。
文章作者来自德国勃兰登堡应用技术大学Martin Regehly和洪堡大学Stefan Hecht,该技术允许以高达25微米的特征分辨率和55立方毫米/秒的固化速度3D打印物体。

△X线照相体积3D打印原理

xolography是一种双光技术,它使用可以光转换的光引发剂,通过相交不同波长的光束进行线性激发,从而在特定的单体体积内引发光敏树脂的局部聚合。科学家们使用
容积式打印机演示了这一概念,打印出具有复杂结构特征以及机械和光学功能的三维物体。与最先进的体积3D打印方法相比,此技术的分辨率约为无反馈优化的计算机轴
向平版打印技术的十倍,并且体积生成速率比双光子聚合3D打印技术高出四到五个数量级。

体积3D打印是3D打印的一种全新形式,从字面上速度大大加快。它基于将光图像从不同角度投射到透明树脂内部。重复曝光会导致3D对象以极快的速度在树脂槽中凝固。

让南极熊3D打印网觉得更厉害的是,德国柏林科学家们已经就这项技术创立了一家公司xolo,将对其进行商业化。如果成功的话,体积3D打印将会与现有3D打印技术,尤
其是SLA、LCD和DLP光固化工艺,产生强大的竞争力。

X线照相体积光固化3D打印技术原理

△X线照相体积光固化3D打印样品,物体直接在树脂槽中凝固完成

在一缸树脂中,应用两种不同波长的射线。第一波长“激活”一个区域,然后第二个相交的波长会导致被激活的树脂聚合凝固。或者是可以抑制聚合!

究竟是如何运作?事实证明,xolo的方法是将“射线光片”投射到透明树脂桶中。“ Sheets”似乎很像一个层,但是有很多不同的角度,并不像其他3D打印过程那样依
靠堆叠来3D打印对象。一定厚度的矩形光照射一定体积的粘性树脂。选择光的波长来激活被称为双色光引发剂(DCPIs)的分子,通过切割分子主链上的一个分子环来激活
;这个反应只发生在光圈内。

第二束光投射出3D对象的切片图像,引发树脂材料凝固。第二束的波长与第一束不同,任何被激发的DCPI分子都会引发树脂聚合,使薄片固化。然后,树脂相对于光片的
位置移动,光片是固定的。这改变了光片在树脂中的位置,因此激活和诱发过程可以在一个新的位置重新开始,从而一片片地构建对象。投影机处于固定位置,同时旋转
大桶以呈现不同的视图。科学家们解释:

“正交布置的投影仪产生第二波长的光,并将3D模型的截面图像聚焦到光片平面中。只有处于激活状态的引发剂分子吸收投影仪的光,并导致电流层聚合。通过在固定体
积的光学装置同步移动树脂槽期间,投射黑白图像的视频,可以连续制造3D模型零件。”

“光薄片”方法可确保任何特定的体素在整个过程中,仅暴露于固化光一次。这将使打印结果具有非常高的准确性,因为投影时光学系统已调整为呈现0.021毫米见方的
像素。

△X线照相体积光固化3D打印机核心组成模块

激光系统:405nm的二极管激光器转换为激光线,并通过透镜准直,生成均匀的薄光片。薄光片的厚度决定z轴分辨率。

投影机:从要创建的3D模型获得的切片图像的视频将显示并聚焦到光片中。当容器离开投影机时,投影机会发出可见光并保持焦点。x和y方向上的分辨率取决于投影仪的
分辨率和所需的物体尺寸。

X线照相:交叉光束(x)产生整个物体(整体)。称其为X线照相术。特定波长的光片会激活光引发剂的薄层。正交布置的投影仪将3D模型的截面图像发射到光片中。只
有引发剂分子吸收光并开始聚合。投影与移动的树脂体积和缩放同步,从而实现3D打印。

无需支撑的光固化3D打印

南极熊相信,很多读者都会有疑问,“它的支撑结构怎么办呢?”。事实证明,无论模型有多么复杂,X线照相光固化3D打印技术都不需要支撑结构。这是因为打印作业
的松散部分暂时被周围的粘性树脂支撑。

Xolo解析说,光敏树脂材料单体的交联,会导致密度变化,从而导致零件在重力作用下的下沉速率不同。树脂的高打印速度和粘度使这种影响最小化,因此零件的下沉仅
在制造完成后才变得明显。”

真是难以置信啊!

X线体积3D打印的速度

那么,X线体积3D打印的速度到底有多快?论文表明,它的速度是双光子3D打印技术的10,000-100,000倍。而且双光子技术只能打印一些很小的物体,并且打印速度非常
慢。但X线体积3D打印意味着大约每小时可以3D打印固化一升材料;如果使用更强大的激光光源和更精细的树脂,打印速度将大大提高。

美国Carbon凭借CLIP连续液面光固化3D打印技术,已经发展成为全球的3D打印大型厂商,估值超20亿美元。南极熊猜想,德国xolo凭借X线体积3D打印技术,未来也有望
成为3D打印独角兽企业。

   

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