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CLIP:连续液界制造技术

2017-03-22 02:05
FlappyBird
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连续液界制造技术,也就是CLIP技术(ContinuousLiquid Interface Production),由北卡罗来纳大学教堂山分校化学教授、Carbon3D的CEO约瑟夫·德西蒙尼(JosephM. DeSimone)与他的同事兼Carbon3D的首席技术官亚历克斯·叶尔莫什金(Alex Ermoshkin)以及北卡罗来纳大学的化学教授爱德华·萨穆尔斯基(Edward T. Samulski)合作发明。正是基于此技术,他们获得了2.55亿元风投,成立了Carbon公司。

为了帮助大家更好地理解CLIP技术的原理,先跟大家说说什么是丙烯酸酯的氧阻聚效应。之前我们提到过,光敏树脂分为丙烯酸酯和环氧树脂两大类。在光照下,丙烯酸酯类树脂容易受到氧气的影响,导致固化失败。而环氧树脂类的光敏树脂没有氧阻聚效应,不会受到氧气的影响。我们看到很多桌面级SLA打印机的光源位于树脂槽下方,每固化一层,打印平台会向上移动。这是因为固化层没有氧气的介入,使用丙烯酸酯打印的SLA物品成功率更高。

CLIP技术就是基于传统的桌面级SLA技术,并且利用了丙烯酸酯的氧阻聚效应:使用一种透明透气的特氟龙膜作为树脂槽底部,供光和氧气通过。由于氧阻聚效应,进入树脂槽的氧气会抑制离底部最近的一部分树脂固化,形成几十微米厚的“盲区”(dead zone)。同时,紫外光会固化盲区上方的光敏树脂。也就是说固化的打印件并没有像传统的SLA打印机那样黏在树脂槽底部,所以打印时无需缓慢剥离,从而可以可以做到连续打印,实现比普通光固化快10倍到100倍的打印速度。

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CLIP工作原理示意图

CLIP技术利用了通常人们希望避免的氧阻聚效应,从而达到了突破性的打印速度。但是这也限制了其只能使用丙烯酸酯类的光敏树脂,而无法利用到环氧类光敏树脂的优势。同时,CLIP连续打印没有刮刀涂覆的步骤,这就要求光敏树脂黏度低,有较好的流动性,因此对CLIP技术使用的光敏树脂提出了更高的要求。

传统的SLA技术采用逐层固化、层层叠加的方式来构造三维物体,层与层之间需中断光照射,然后在已固化区域表面重新覆盖光敏树脂,再进行光照射形成新的固化层,这种方式相对来说比较耗时。CLIP技术最重要的两个优势,一个是之前提到的打印速度,比传统的3D打印机要快10倍到100倍;另一个是分层理论上可以无限细腻:传统 3D 打印需要把 3D 模型切成很多层,这就决定了粗糙无法消除,而连续液面生产模式在底部投影的光图像可以做到连续变化,在工艺上与浇筑零件更为相似。如下图所示,右边传统的3D打印物体因为层状结构,抗剪切性能很差;而CLIP技术制造的物体表面细腻,在实际应用中少了很多顾虑。

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显微镜下CLIP技术(左)与传统SLA 3D打印(右)对比

根据CLIP技术的发明人DeSimone教授介绍,利用CLIP技术制造出来的产品具有更强大的机械特性,这种技术首次实现了高弹性或高阻尼系数的弹性体,利用其可以进行振动控制实验或者制作高弹性的运动鞋。

CLIP技术开启了创新的新领域,比较有前景的是个性化医疗,例如针对病人定制心脏支架、冠状动脉支架,传统需要几小时甚至几天的制造时间,CLIP技术只需要十几分钟就能完成打印任务。除了健康保健和医疗,也包括其它重大行业,包括汽车和航空。

我们了解到,美国的德西蒙尼CLIP技术实验室现在正在进行弹性体、聚硅酮、类似尼龙的材料、陶瓷和生物可降解材料的研发。而在2016年年底开始,国内已经有企业和研究所开发出了这种技术。2017年3月,在国内已经有商业化CLIP打印机亮相。

CLIP技术的发明所带来的真正意义是什么?众所周知,现今世界的纳米制造技术已经非常尖端了,摩尔定律已经让我们能够制作10微米甚至更小的物体,但是人类在10到1000微米的中等尺度范围内制造物体还是非常困难的。当我们的3D打印技术达到非常精密的时候,却能够达到惊人的效果。3D打印的技术突破,会像多米诺骨牌一样,将为人类带来新的传感技术、新的药物传输技术、芯片技术等真正的革命性产物。今后我会慢慢为大家普及这些全新的技术。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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