科學也可以如此靠近

LLNL開發出可在幾秒鐘內完成3D對象的全息樹脂3D列印技術


2018年4月29日13時 今日科學 3D打印頭條
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在學術合作者的幫助下,勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員正在使用投射到光敏樹脂中的全息圖3D圖像在很短的時間內3D列印複雜的部分。據悉,立體3D列印過程一次列印對象,而不是逐層列印。

眾所周知,3D列印有幾種截然不同的技術,如FDM、SLM、SLA等。所有這些3D列印技術都以不同的方式處理各自的材料,但它們都有一個關鍵特徵:它們逐層製作對象。

但值得一提的是,LLNL已經開發出全息樹脂3D列印技術,完全避開了層層疊加的方法來製造一個對象。

它被稱為立體3D列印,它使用一種全息3D圖投影儀來一次性處理光敏樹脂,而不是一次一層。該技術是與加州大學伯克利分校、羅切斯特大學和麻省理工學院的研究人員合作開發的。

根據大量研究人員的看法,使用常規投影儀(2D)或雷射(1D)生成3D光投影的過程對於3D列印零件的速度有很大影響。

LLNL工程師Chris Spadaccini解釋說:「這將製造轉移到一個完全的3D操作,這是以前從未做過的。對吞吐量的潛在影響可能是巨大的,如果你能做得好,仍然會有很多複雜性。」

該過程通過引導三個重疊的雷射束一起工作,可以從三個不同的方向定義物體的幾何形狀。這導致在樹脂桶內投射完整的3D圖像。

當然,光線也會觸及不被列印的樹脂部分,但是由於光線在光束相交處的強度要大得多,所以光束在10秒左右足以完全和精確地固化3D部分。未使用的樹脂可以被排出,留下完成的對象。

LLNL研究人員Maxim Shusteff說:「事實上,您可以一步完成3D零件的全部工作,克服了增材製造中的一個重要問題。」

Shusteff和其他研究人員認為,由於立體3D列印比其他聚合物3D列印技術快得多,因此可以開闢3D列印行業的一個全新的子類別。

為了在一定程度上證明他們的觀點,3D列印方法已經被用於3D列印任意角度的支柱格子和彎曲的物體。正是這些彎曲的物體讓LLNL團隊特別興奮:由於該過程的性質,曲面可以產生幾乎沒有層狀偽影。

一次完成的過程還允許部件進行3D列印,否則可能需要大的支撐結構。

但是,立體3D列印過程有一些限制。由於雷射束在3D列印過程中保持不變,因此部件解析度有限,而且非常複雜的形狀難以製造。此外,科學家們需要更好地了解可固化樹脂的化學性質,例如,了解每種情況下雷射應該投射多長時間。

但與新的3D列印工藝所帶來的巨大機遇相比,這些限制是一個小小的麻煩。研究人員認為,立體3D列印可以用來製造精細的水凝膠結構,甚至可以用於零重力條件下的空間列印。而且,它的速度非常非常快,只有使用更高功率的雷射才能獲得更快的速度。

Shusteff說:「我希望這將會激勵其他研究人員尋找其他方法來處理其他材料。這將是一個巨大的轉變。」

據悉,此項研究結果已於最近發表在「科學進展」(Science Advances)上。它的作者是Shusteff、Allison E.M. Broww、Brett E. Kelly、Johannes Henriksson、Todd H. Weisgraber、Robert M. Panas、Nicholas X.

Fang和Spadaccini。

延伸閱讀:《12月22日3D列印產業峰會邀你共享思想與科技盛宴!》


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