3d打印技术教程

13种高速光固化3D打印机技术对比

发布日期:2020-08-10

CLIP:连续液界制造技术(ContinuousLiquid Interface Production)


· 厂商:美国Carbon

· Z轴打印速度:500mm/h,型号为M2的树脂打印速度为11600cc/h

· 打印幅面:M2(189毫米x 118毫米x 326毫米),M1(141毫米 x 79毫米 x 326毫米)

· 机型: M1和M2

 

连续液界制造技术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,这项革命性的CLIP技术比现有的3D打印快25-100倍,而且取消了层的概念。

  

CLIP技术是基于传统的光固化技术,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。

 

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。

关于Carbon
Carbon是一家总部在美国硅谷的3D打印数字化解决方案供应商。这家成立于2013年的创业公司经过这几年的发展,凭借其开创性的CLIP技术,实现了企业的持续增长,利用公司的专业知识和技术,Carbon公司帮助他们的合作伙伴,创造了从牙齿模型、功能性汽车部件原型、到运动鞋、移动设备解决方案等各种产品。此外,公司还研发了10种3D打印材料,7种生物相容性树脂材料,并且获得了35项专利。

 

 

两个光源百倍速3D打印技术

· 发布单位:密歇根大学

· Z轴打印速度:2000mm/小时

· 打印幅面:未知

· 机型:原型试验机

 

以Carbon为代表的技术仍然存在一些缺陷,比如在打印实心物体的时候,打印速度将大打折扣。这主要是因为液槽底部的透氧膜,所透过的氧气量有限,固化抑制区域(下图中的死区)间隙只有一块透明胶带的厚度,所以如果打印实心物体时,树脂无法快速的补充到间隙内的所有位置,所以,我们经常见到的是,这些百倍速的设备在打印一些镂空的物体,比如阿迪达斯的镂空鞋底。

  

密歇根大学的研究人员开发出一种新方法,可以弥补以Carbon为代表的光固化技术的缺陷,实现百倍速打印实体模型结构,这项新技术的独特之处在于:他们使用两个光源(分别为波长365纳米的UV LED和波长为458纳米的Blue DLP光源),其中一个光源对树脂进行固化,而另外一个光源则负责抑制树脂固化。通过用第二道光替换透氧膜来实现抑制树脂凝固,密歇根大学的团队可以在物体与液槽之间产生更大的间隙,可以达到毫米级厚,这使得树脂的流动速度提高数千倍。

  

△密歇根大学的百倍速光固化3D打印技术

 

该技术的Z轴3D打印速度可以达到2000mm/小时,如果能够以百倍速3D打印实体模型,将大大拓宽其应用场景。另外一个成功的关键是树脂的化学成分。在传统光固化系统中,只有一种反应即光活化剂可在光线照射的地方硬化树脂。而在密歇根大学开发的系统中,还有一个光抑制剂,它们可以响应不同波长的光。

  

正如目前的还原印刷技术那样,密歇根团队不仅可以控制2D平面中的凝固,而且可以模拟两种光线,使树脂基本上在照明窗口附近的任何3D位置硬化。密歇根大学化学工程副教授Timothy Scott与 U-M的工程教授Mark Burns共同领导了新的3D打印方法的开发。U-M已经提交了三份专利申请,以保护该方法的多个发明方面,Scott正准备成立一家创业公司。

  

容积3D打印技术

· 开发者:《Science》发布 注:被质疑抄袭中国北京人吴翔在 2015年就已经申请的专利。

· 打印速度:瞬间成型

· 打印幅面:1立方厘米

· 机型:原型技术验证机

 

顶级学术期刊《Science》上刊登了一篇革命性“容积3D打印技术”文章(Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction),光照几十秒即可打印出一个完整的人像。


 

△先在一个杯子里装上光敏树脂液态材料,使用DLP光源进行体曝光,转盘带动杯子进行旋转,在指定的位置把树脂固化。


△工作原理就像反向计算机断层(CT)扫描

在CT机中,X射线管在患者周围旋转,拍摄人体内部器官的照片。然后,计算机再利用这些投影重构出一幅3D画面。在计算机模拟一个3D物体的情况下,研究人员从多个不同角度计算出物体的形状,然后将由此产生的2D图像输入一台普通的幻灯片投影仪。投影仪将图像投射到一个装着丙烯酸酯(一种合成树脂)的圆柱形容器中。当投影仪通过全方位覆盖的图像旋转时,容器也以相应的角度旋转。

加利福尼亚大学伯克利分校的电气工程师泰勒说:“当圆柱体旋转时,任何接收到光量的位置都可以单独控制。如果光的总量超过一定数值,液体就会变成固体。”

  

△树脂中的一种化学物质会吸收光子,而当吸收的光子达到一定的门槛时,丙烯酸酯就会聚合,形成固体塑料。

 

剩下的液体随后被移除,留下的就是固态的3D物体。几十秒后,杯子中便3D打印出来一个人像,比Carbon的CLIP连续液面打印技术,还要快很多,杯子旋转,即可打印出来物体。

  


DPM:数字光子制造技术(Digital Photonic Manufacturing)

· 厂商:Revo塑成科技

· Z轴打印速度:300mm/h

· 打印幅面:190x120x350mm

· 机型: Type E+

 

数字光子制造技术 ( DIGITAL PHOTONIC MANUFACTURING ) 依靠的是塑成科技 Revo 开创性的双重固化制造工艺和可编程液态树脂。传统的光固化 3D 打印方式通常制造出来易碎易坏的制品。依靠在材料中运用了热激活的可编程化学,克服了传统 3D 打印材料上的缺陷,这使得我们能够 3D 打印出来工程级别机械性能的高精细度的制品。

  

△ Type E+

 

数字光子制造技术利用了化学中的常识性知识,通过控制光和氧气进行无间断制造,光将液态树脂转换成固体,氧气抑制此转化过程,控制产品制作成型。做到这一点的关键是要整合数字光子技术、软件控制算法、可编程化学。

Type E + 使用精密算法严控光固化反应进程:

· 将数字光图像不间断的投射至装有可编程树脂的料槽;

· 料槽上方的成型平台依据材料特性进行精密计算并输出稳定的提升速度指令;

· 使用热熟化定性技术激活成型制品内在的热化学反应,料槽中被光子辐射的树脂由液体变为固体;

· 依照材料特性计算加热温度与时间,利用 AI 编程精准催化成型制品内部分子的连续化学反应,3D 打印三位一体的光固化成型,实现性能优异且稳定的最终制品。

  

光固化成型
使用 Revo 开发的精密算法严控光固化反应进程。 将数字光图像不间断的投射至装有可编程树脂的料槽, 与此同时, 料槽上方的成型平台依据材料特性进行精密计算并输出稳定的提升速度指令, 在这个过程中, 料槽中被光子辐射的树脂由液体变为固体, 实现 3D 打印三位一体的光固化成型。

热熟化定性
使用 Revo 开发的热熟化定性技术激活成型制品内在的热化学反应。 依照材料特性计算加热温度与时间, 利用 AI 编程精准催化成型制品内部分子的连续化学反应, 实现性能优异且稳定的最终制品。

 


 

△Type E + 打印样品

关于Revo 塑成科技
Revo公司由来自美国的高科技海归创始团队在 2016 年创立。核心技术团队来自于知名企业或海内外知名院校实验室。Revo 将传统意义的硬件设备、软件服务,与材料技术结合起来,为高分子制品的设计与制造,提供一种全新的革命性的制造方式。Revo眼中的未来制造技术,是一个光与热打造的全新世界。通过 Revo 的数字光子制造技术,对于以高分子为材质的制品,我们能够进行可追踪地,具有终端使用性能与品质的、大批量生产制造,设计不受限制。我们正在朝着市场所需求的,产品快速迭代、大批量定制和柔性制造迈进。

 

 

LEAP™:(Light Enabled Additive Production)技术

· 厂商:LuxCreo清锋时代

· Z轴打印速度:1200mm/h

· 打印幅面: 190 mm x 120 mm x 420 mm

· 机型:TriX系列

 

LEAP™(Light Enabled Additive Production)技术相较传统3D打印技术而言,不需要层层叠加构成三维物件,是通过一种“生长”的方式快速成型。这一技术基于Bottom-up DLP,通过改性界面实现连续液面高效成型,最高打印速度可达到120cm/h,且能适用多种不同材料,真正可以实现批量化定制生产。

 


 

△TriX系列,量产型工业极速3D打印机。打印最大尺寸: 190 mm x 120 mm x 420 mm ,采用自主研发的可供客户便捷使用的操作软件,打印速度最高可达120cm/h,精度达到微米级,适用自主研发的高性能材料体系。应用于规模化定制生产,相比传统注塑制造工艺具有短时间零件交付、无需模具环节费用、设计空间无限等优势。

 

LEAP™(Light Enabled Additive Production)技术的打印速度,相较传统3D打印提升100倍以上;自主研发的材料体系性能满足大规模生产的功能性应用需求。

 


 

△TriX打印样品

 

关于LuxCreo清锋时代
LuxCreo清锋时代是一家专注3D打印软件、设备、材料研发,并致力于为客户提供完整解决方案的规模化服务商。团队研发的具有世界领先水平的极速3D打印LEAP™技术将3D打印的速度提升了100倍以上,将3D打印的应用层次从原型制造推进到可实现的量产,走出重塑制造链的重要一步。清锋时代目前已布局北京、宁波、台北、美国硅谷四地,汇聚了清华大学、剑桥大学、哈佛大学、宾夕法尼亚大学、沃顿商学院、帝国理工学院等国际一流学府的高端技术人才和高管人才。KPCB、北极光创投、顺为资本等一流投资公司的加入,使得公司在软件、设备、材料研发及量产化的商业应用等方面快速发展,同时非常注重自主核心技术的知识产权保护,以走向国际化竞争舞台。

 

 

HARP:高速大尺寸3D打印技术(high-area rapid printing)

· 厂家:Azul 3D, Inc

· Z轴打印速度:432mm/ h

· 打印幅面:打印床尺寸0.2平方米、Z轴高度为约4米

· 机型:原型机,(将在未来18个月内进行商业化应用)

 

2019年10月17日,美国西北大学的研究人员宣布开发出一种大尺寸的高速3D打印机,可以在短短几个小时内打印出一个成年人大小的物体。这项新技术被称为HARP (high-area rapid printing高速大尺寸3D打印),可实现创纪录的生产效率,并且是个性化生产,这项技术已经以论文的形式,发表在2019年10月18日的《科学》杂志上。西北大学温伯格文理学院的 George B. Rathmann 化学教授、国际纳米技术研究所主任 Chad A. Mirkin,与 David Walker 及 James Hedrick 共同完成了这项研究,后两人均为 Mirkin 实验室的研究人员。

  

 

冷却技术
HARP使用一种新的、正在申请专利的光固化3D打印技术。HARP采用垂直打印,用紫外线将液态树脂固化为硬化的塑料。此过程可以打印出坚硬、有弹性甚至陶瓷。与其他3D打印技术常见的叠层结构相反,这些连续打印的零件机械性能很好,可以用作汽车、飞机、牙科、矫形器、时尚等等的零件。

当前光固化3D打印技术速度提升的主要限制因素是热量。每台光固化3D打印机在高速运行时都会产生大量热量,甚至有时会超过180摄氏度。这不仅会导致危险的高温表面温度,还会导致打印零件的破裂和变形。速度越快,打印机产生的热量就越大。而且,如果又大又快,发热量会非常高。这个问题,大多数3D打印公司无法解决。 Walker说:“当这些打印机高速运行时,树脂的聚合会产生大量的热量。他们无法消除这些热量。”

  

△可连续打印的移动界面描述:A.HARP 的 3D 打印技术方案;B.在不同流速下打印部件的速度分布,表明存在滑移边界;C.有代表性的打印零部件滑移边界流动剖面插图(来源:Science)

 

“液态铁氟龙”
西北大学的团队通过类似于液体特氟龙不粘液体的行为来绕过了这个问题。 HARP通过窗口投射光线固化垂直移动的成型台板上的树脂。液体聚四氟乙烯在接口上流动得以除去热量,然后通过冷却单元进行循环。

“我们的技术像其他技术一样会产生热量,”Mirkin说。 “但是我们有一个可以散热的接口。”HARP的液态树脂界面也不粘,可以防止树脂粘附到打印机本身。这样打印过程中,Z轴方向就不必做上下往返运动来去除粘力,从而实现连续液面打印(和Carbon3D打印的技术原理一样),速度提高了一百倍。  

 

变大纳米技术
Mirkin是世界著名的纳米技术专家,于1999年发明了世界上最小的打印机。这种技术被称为蘸笔式纳米光刻技术,它使用一支微型笔画出纳米级的图案。然后,他将其转换为一个阵列的细笔,这些细笔中射出光线,从而固化树脂材料。 HARP中使用的特殊不粘界面,起源于该技术开发为纳米级3D打印机的过程。

“从体积的角度来看,我们已经把纳米应用变大了18个数量级。”Mirkin说。这项名为“使用移动液体界面进行快速、大容量、热控制的3D打印”(“Rapid, large-volume, thermally-controlled 3D printing using a mobile liquid interface)的研究,得到了美国能源部空军科学研究所(授予编号FA9550-16-1-0150)(奖项编号为DE-SC0000989)和谢尔曼飞兆半导体基金会的支持。

关于Azul 3D
目前,科学家们已经根据这个技术成立了一个公司,叫Azul 3D, Inc。西北大学也持有该公司的股权。Mirkin 说:“当我们可以快速且大尺寸地3D打印时,这项技术就可以着实去改变人们对制造的看法。借助 HARP,人们可以在没有模具、不需要零件仓库的情况下,根据需求去生产任何东西。”

  

 

cDLM:连续数字光制造技术(Continuous Digital Light Manufacturing)

· 厂商:德国EnvisionTEC

· Z轴打印速度:80mm/h,

· 打印幅面:180毫米×101毫米×85毫米,

· 机型:Envision One Machanical (Micro Plus cDLM)

 

cDLM(Continuous Digital Light Manufacturing,意为连续数字光制造)是德国envisiontec公司的专利3D打印技术,该技术非常适用于产品开发设计的快速验证,打印整盘模型可在15-30分钟内完成。

连续3D打印不能始终在较大的构建区域内持续提供准确的部件,使用氧气创建一个连续打印的构建区域可能会导致材料在氧气的压力下膨胀。这会在Z轴上造成严重的不准确,最终可能会影响牙科产品。EnvisionTEC现在正在使用正在申请专利的无圆盘材料托盘,该托盘在连续3D打印过程中保持平坦和平行,从而在整个构建区域保持一致的精度。

 

具体数据方面,Micro Plus cDLM的Z轴打印速度为每英寸(25.4毫米)/10-20分钟,最大构件尺寸为45毫米×28毫米×75毫米。除此之外,它还配备了工业级的UV LED光引擎,一个具有Wi-Fi功能的集成PC,以及内置触摸屏,操控十分方便。

  

△Micro Plus cDLM打印样品

关于EnvisionTEC
目前,知名德国3D打印机制造商EnvisionTEC已经推出了多款新型3D打印机,例如3D-Bioplotter® Starter、Vector 3SP、SLCOM 1、Aureus Plus(属于桌面级Perfactory Desktop Plus系列)、Vida Hi-Res DSP,以及Micro Plus cDLM等等,现在其产品种类超过40款。

 

 

LSPc:润滑油子层光固化技术

· 厂商:美国Nexa3D

· Z轴打印速度:600mm/h

· 打印幅面:加工体积达16升,XY扫描LCD 4K

· 机型:NXE400

 

润滑油子层光固化技术(LSPc)该技术本质上摆脱了光固化技术常见的自底向上的方式。“LSPc™技术在料桶底部、光固化树脂和光源之间介入了一层透明的自润滑膜。系统通过逐渐释放一层油,使成品树脂固化时暂停在基板上,该系统的核心就在于这种油,它能够创建一个抑制剂子层,使搭建平台避免新固化层脱离。


 

简而言之,这意味着使用这种润滑油将打印对象从构建平台上释放了出来,从而使机器着力于解决成型速度。在逐层固化树脂的时候,它并不需要连续刷新,用户仅凭旁观就能够感到其稳步增长过程。另外开发团队还设计了一种算法,能够根据所选对象的具体特点优化打印过程,从而实现了令人难以置信的速度。

 

关于Nexa3D
Nexa3D 的3D打印机采用一种叫做“连续LSPc”的独特SLA技术和一种专利结构的光矩阵,在2017年三纬国际投资Nexa3D千万美元。 

 

UDP:单向剥离技术

· 厂商:北京UNIZ

· Z轴打印速度:最高1200mm/h

· 打印幅面:192mm × 120mm × 200 mm

· 机型: SLASH PLUS UDP

 

通过对成型平台、光路系统以及控制系统的升级,单向剥离(UDP)技术摒弃传统成型平台往复运动的打印方式,采用更先进的单方向运动的打印方式;得益于优良的分离性能,成型平台只需向上运动,省掉了往复运动的时间,从而使打印速度更快。

 

△SLASH 2

技术特点:

· 大功率面阵光源—足够的光功率提高反应速度;

· 专利的液冷技术---有效解决高速打印树脂放热剧烈的问题;

· 特殊的离型膜材质---离型特性远好于一般的离型膜,可以达到无需往复运动直接分离;

· 特殊的树脂材料---高反应活性、高暗光耐受。

 

关于UNIZ

2014 年,在 3D 打印产业最红火的时候,李厚民在美国创立了 UNIZ,专注于为企业及个人用户提供智能化、高精度、高性价比的光固化3D打印机、耗材及相关技术服务,致力于开发以LCD-SLA光固化技术为核心的相关产品。三年之后,焦躁的资本热潮早已奔向其他领域,但李厚民却顺利地通过 A 轮融资拿到了 4500 万人民币。2016年5月,在Kickstarter上对他们的首款桌面3D打印机SLASH发起了众筹,最终取得巨大成功,筹到了400万人民币。

  

机器人和自动化技术+超高速非接触式DLP技术

· 厂商:美国3D Systems

· Z轴打印速度:100毫米/小时,

· 打印幅面:124.8 x 70.2 x 346 mm

· 机型:模块化3D打印系统Figure 4 Production

 

模块化3D打印系统Figure 4 Production融合了机器人和自动化技术,生产效率要远高于普通的树脂3D打印系统(速度快50倍),甚至能与传统的注塑工艺一较高下,Figure 4与其它3D打印机最大的区别就是将机械臂当做了打印的末端平台。由此带来的最大好处就是大幅简化了整个3D打印流程,显著提高了生产效率。另外,由于还集成了包括喷涂在内的多种后处理工艺,Figure 4的整体速度非常快,号称高达同类型设备的50倍。

  

△模块化3D打印系统Figure 4 Production

 

非接触式的DLP也就是打破传统的离型膜直接与成型平台接触、紧紧压住玻璃透和成型平台的模式。使之恒定保持极小的距离,这种非接触的方式使模型脱离离型膜束缚、有效保证打印件顺利剥离和打破了打印速度的瓶颈。这种方式使连续光固化效率达到极限。

  

△Figure 4 Production打印样品

关于3D Systems
30多年来,3D Systems持续为制造业提供创新的3D打印技术。今天3D Systems作为领先的增材制造解决方案企业,以全新的工作流程帮助生产企业创造前所未有的产品和业务模式。3D Systems拥有完善的数字化制造生态系统,包括塑料和金属3D打印机、打印材料、按需制造服务和全面的端至端生产软件。每一套解决方案都是3D Systems应用工程师与客户合作的结晶,3D Systems的解决方案被广泛应用于航空航天、汽车、医疗、牙科和消费品等市场的原型件生产和批量化生产中。

  

激光全息投影3D打印技术

· 开发者:国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学伯克利分校、罗切斯特大学,以及麻省理工学院合作开发

· 打印速度:打印过程10秒

· 打印幅面:1立方厘米

· 机型:原型技术验证机

 

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学伯克利分校、罗切斯特大学,以及麻省理工学院合作,开发出了激光全息投影3D打印,该技术在成型方式上做了根本性改变, 即将“分层打印再堆积”改为了整体一次性打印,简单来就是将物体的激光全息图整个“嵌入”光敏树脂中,直接在空间中实现固化,完成打印。因此,它的速度极高,可达现有技术的上百倍,甚至比美国Carbon公司的CLIP技术还要快,而且完全不需要打印支撑。

 


 

▲动画原理,其中绿色是激光束,白色是树脂槽,黑色是反射镜。三束激光交汇的地方就会生成打印目标的全息图像


 

▲实际打印过程,可以看到全息图是一个立方格

  

▲整个打印过程耗时不到10秒,完成后将树脂吸出即可

目前,LLNL团队已经用这项新技术成功打印出了许多种不同的结构。至于它的应用,他们认为最有前途的是制造医疗上需要的活体植入物,因为这类植入物通常要使用由活细胞或水凝胶制成的生物墨水打印,柔软且容易变形。这就意味着涉及大量运动的现有3D打印技术不太可行,但LLNL的这种静态打印方法就可以办到。

 


 

△原型验证机

不过,由于尚处于早期研发阶段,这项新技术也有明显的缺点,其一是成型尺寸非常小,目前仅有1立方厘米左右,原因是需要让激光在树脂中均匀分布;其二是不能打印太复杂的形状,因为持续的照射会导致不需要的液态树脂部分固化;其三是可用的树脂材料种类有限。

对此,LLNL表示正在想办法改进。此外他们还认为,用3D光场来取代全息投影可能会更好,因为后者不仅需要用到昂贵且复杂的光学设备,而且容易出现“激光散斑”。这会令激光干扰到自身,从而导致打印件表面粗糙。这方面,他们正在尝试用LED作为光源和幅度调制做出改进。

 

GDP:凝胶点胶打印技术(Gel Dispensing Printing )

· 厂商:以色列Massivit 3D

· Z轴打印速度:300mm /h

· 打印幅面:1450 x 1170 x 1470 mm

· 机型:Massivit 1500 Exploration

 

Gel Dispensing Printing (GDP凝胶点胶打印)技术是Massivit 3D公司开发的专有技术,它是DLP光固化3D打印技术与FDM 3D打印技术的一种混合,该技术的基本原理是选择性地将凝胶喷射到平台上,然后用UV光对其进行照射。UV光可以固化这种具有光固化特性的凝胶,由此逐步构建出一个实体3D对象。

  

△Massivit 1500 Exploration 3D打印机

 

Massivit 3D公司采用Gel Dispensing Printing (GDP凝胶点胶打印)技术开发的Massivit 1500 Exploration大尺寸3D打印机,可以生产出尺寸高达1450 x 1170 x 1470 mm的轻质空心件,该公司2016年曾获得来自Stratasys的投资。

Massivit 1500 Exploration可以生产尺寸高达1450 x 1170 x 1470 mm的轻质空心物体,包括观众参与式POP / POS显示屏,发光标牌和道具以及用于高性价比热成型的高耐久性模具,覆盖零售,广告,娱乐,活动和室内设计市场。所使用的材料是一种专有的光敏聚合物丙烯酸凝胶,可立即光固化,因此可用于高速3D打印超大物体。


 

△Massivit 3D打印样品

关于Massivit 3D
Massivit 3D 打印科技公司是宽幅面3D打印解决方案的行业先锋,让视觉沟通,展会动,娱乐活动,原创概念的展示,以及室内设计都以全新的高科技方式来呈现。Massivit 3D获得专利的凝胶分层打印技术是公司独有的,可印即时固化的凝胶材料Dimengel,能快速及节省成本地生产轻便空心的3D打印模型,最大体积可达 1.8米 / 6英尺高。

 

 

飞秒投影双光子光刻技术

· 开发者:《Science》发表、美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh K. Saha和香港中文大学Shih-Chi Chen合作开发

· 打印速度:能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构

· 打印幅面:未知

· 机型:原型试验机

 

美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh K. Saha和香港中文大学Shih-Chi Chen合作提出一种通过超快激光打印亚微米结构的技术。通过投影2D聚焦平面构筑3D模型。这种方法在不牺牲分辨率的情况下将传统方法的产率提高了三个数量级。能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构。相关论文以Scalable submicrometer additive manufacturing为题发表在《Science》上。

材制造技术使用单点高强度光(通常直径约为700至800纳米)将光敏聚合物材料从液体转换为固体,由于该点必须扫描整个要制造的结构,因此现有的TPL技术可能需要许多小时才能生成复杂的3D结构,这限制了它在实际应用中按比例放大的能力。

 

△通过重叠3D空间中的多个投影生成的堆叠纳米级3D环形结构。 通过这种深度解析的纳米级3D打印技术可以生成任意复杂的3D结构。

 

“我们可以同时投影一百万个点,而不是使用单个光点(...),从而极大地提高了速度,因为我们可以使用整个平面,来代替使用必须扫描的单个点来创建结构的方法。 对于投射光, 我们没有聚焦一个点,而是拥有一个可以被图案化为任意结构的整个聚焦平面。”美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh Saha说道。这个技术,其实在我们熟知的3D打印技术中,就是DLP面曝光3D打印技术。

研究人员多年来一直致力于加速用于生产纳米级3D结构的双光子光刻工艺,他们的成功来自采用一种不同的聚焦光的方法,即利用其时域特性,从而可以生产出具有高分辨率且具有微小特征的超薄光片。飞秒激光的使用能够保持足够的光强度,以触发双光子过程聚合,同时保持较小的点尺寸。 在FP-TPL技术中,飞秒脉冲经过光学系统时会被拉伸和压缩,以实现时间聚焦。该过程可以生成比衍射限制的聚焦光斑更小的3D特征,并且需要两个光子同时撞击液体前驱物分子。

 

FP-TPL的单层容量处理速率超过现有TPL技术至少三个数量级,我们的3D打印速率超过现有最快的TPL技术,其中多孔结构超过90多倍,非孔结构超过450倍。FP-TPL方法能够打印复杂3D亚微米特征结构图案。FP-TPL的打印量、分辨率和模式灵活性使其成为一项有吸引力的技术,可实现微纳米结构的批量制造,可能使用在机械和光学超材料,微光学、生物支架,电化学接口和柔性电子器件多种领域。是一项具有实用性的革新技术。

 CLIP:连续液界制造技术(ContinuousLiquid Interface Production)

· 厂商:美国Carbon

· Z轴打印速度:500mm/h,型号为M2的树脂打印速度为11600cc/h

· 打印幅面:M2(189毫米x 118毫米x 326毫米),M1(141毫米 x 79毫米 x 326毫米)

· 机型: M1和M2

 

连续液界制造技术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,这项革命性的CLIP技术比现有的3D打印快25-100倍,而且取消了层的概念。

 

CLIP技术是基于传统的光固化技术,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。

 

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。

 


 

关于Carbon
Carbon是一家总部在美国硅谷的3D打印数字化解决方案供应商。这家成立于2013年的创业公司经过这几年的发展,凭借其开创性的CLIP技术,实现了企业的持续增长,利用公司的专业知识和技术,Carbon公司帮助他们的合作伙伴,创造了从牙齿模型、功能性汽车部件原型、到运动鞋、移动设备解决方案等各种产品。此外,公司还研发了10种3D打印材料,7种生物相容性树脂材料,并且获得了35项专利。

 

 

 

两个光源百倍速3D打印技术

· 发布单位:密歇根大学

· Z轴打印速度:2000mm/小时

· 打印幅面:未知

· 机型:原型试验机

 

以Carbon为代表的技术仍然存在一些缺陷,比如在打印实心物体的时候,打印速度将大打折扣。这主要是因为液槽底部的透氧膜,所透过的氧气量有限,固化抑制区域(下图中的死区)间隙只有一块透明胶带的厚度,所以如果打印实心物体时,树脂无法快速的补充到间隙内的所有位置,所以,我们经常见到的是,这些百倍速的设备在打印一些镂空的物体,比如阿迪达斯的镂空鞋底。

 


 

△Carbon 3D的技术原理图

 

密歇根大学的研究人员开发出一种新方法,可以弥补以Carbon为代表的光固化技术的缺陷,实现百倍速打印实体模型结构,这项新技术的独特之处在于:他们使用两个光源(分别为波长365纳米的UV LED和波长为458纳米的Blue DLP光源),其中一个光源对树脂进行固化,而另外一个光源则负责抑制树脂固化。通过用第二道光替换透氧膜来实现抑制树脂凝固,密歇根大学的团队可以在物体与液槽之间产生更大的间隙,可以达到毫米级厚,这使得树脂的流动速度提高数千倍。

 


 

△密歇根大学的百倍速光固化3D打印技术

 

该技术的Z轴3D打印速度可以达到2000mm/小时,如果能够以百倍速3D打印实体模型,将大大拓宽其应用场景。另外一个成功的关键是树脂的化学成分。在传统光固化系统中,只有一种反应即光活化剂可在光线照射的地方硬化树脂。而在密歇根大学开发的系统中,还有一个光抑制剂,它们可以响应不同波长的光。

 



正如目前的还原印刷技术那样,密歇根团队不仅可以控制2D平面中的凝固,而且可以模拟两种光线,使树脂基本上在照明窗口附近的任何3D位置硬化。密歇根大学化学工程副教授Timothy Scott与 U-M的工程教授Mark Burns共同领导了新的3D打印方法的开发。U-M已经提交了三份专利申请,以保护该方法的多个发明方面,Scott正准备成立一家创业公司。

 

 

容积3D打印技术

· 开发者:《Science》发布 注:被质疑抄袭中国北京人吴翔在 2015年就已经申请的专利。

· 打印速度:瞬间成型

· 打印幅面:1立方厘米

· 机型:原型技术验证机

 

顶级学术期刊《Science》上刊登了一篇革命性“容积3D打印技术”文章(Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction),光照几十秒即可打印出一个完整的人像。


 

△先在一个杯子里装上光敏树脂液态材料,使用DLP光源进行体曝光,转盘带动杯子进行旋转,在指定的位置把树脂固化。

 

△工作原理就像反向计算机断层(CT)扫描

在CT机中,X射线管在患者周围旋转,拍摄人体内部器官的照片。然后,计算机再利用这些投影重构出一幅3D画面。在计算机模拟一个3D物体的情况下,研究人员从多个不同角度计算出物体的形状,然后将由此产生的2D图像输入一台普通的幻灯片投影仪。投影仪将图像投射到一个装着丙烯酸酯(一种合成树脂)的圆柱形容器中。当投影仪通过全方位覆盖的图像旋转时,容器也以相应的角度旋转。

加利福尼亚大学伯克利分校的电气工程师泰勒说:“当圆柱体旋转时,任何接收到光量的位置都可以单独控制。如果光的总量超过一定数值,液体就会变成固体。”

 

△树脂中的一种化学物质会吸收光子,而当吸收的光子达到一定的门槛时,丙烯酸酯就会聚合,形成固体塑料。

 

剩下的液体随后被移除,留下的就是固态的3D物体。几十秒后,杯子中便3D打印出来一个人像,比Carbon的CLIP连续液面打印技术,还要快很多,杯子旋转,即可打印出来物体。

  

 

DPM:数字光子制造技术(Digital Photonic Manufacturing)

· 厂商:Revo塑成科技

· Z轴打印速度:300mm/h

· 打印幅面:190x120x350mm

· 机型: Type E+

 

数字光子制造技术 ( DIGITAL PHOTONIC MANUFACTURING ) 依靠的是塑成科技 Revo 开创性的双重固化制造工艺和可编程液态树脂。传统的光固化 3D 打印方式通常制造出来易碎易坏的制品。依靠在材料中运用了热激活的可编程化学,克服了传统 3D 打印材料上的缺陷,这使得我们能够 3D 打印出来工程级别机械性能的高精细度的制品。

 

数字光子制造技术利用了化学中的常识性知识,通过控制光和氧气进行无间断制造,光将液态树脂转换成固体,氧气抑制此转化过程,控制产品制作成型。做到这一点的关键是要整合数字光子技术、软件控制算法、可编程化学。

Type E + 使用精密算法严控光固化反应进程:

· 将数字光图像不间断的投射至装有可编程树脂的料槽;

· 料槽上方的成型平台依据材料特性进行精密计算并输出稳定的提升速度指令;

· 使用热熟化定性技术激活成型制品内在的热化学反应,料槽中被光子辐射的树脂由液体变为固体;

· 依照材料特性计算加热温度与时间,利用 AI 编程精准催化成型制品内部分子的连续化学反应,3D 打印三位一体的光固化成型,实现性能优异且稳定的最终制品。

 


 

光固化成型
使用 Revo 开发的精密算法严控光固化反应进程。 将数字光图像不间断的投射至装有可编程树脂的料槽, 与此同时, 料槽上方的成型平台依据材料特性进行精密计算并输出稳定的提升速度指令, 在这个过程中, 料槽中被光子辐射的树脂由液体变为固体, 实现 3D 打印三位一体的光固化成型。

热熟化定性
使用 Revo 开发的热熟化定性技术激活成型制品内在的热化学反应。 依照材料特性计算加热温度与时间, 利用 AI 编程精准催化成型制品内部分子的连续化学反应, 实现性能优异且稳定的最终制品。

 


 

△Type E + 打印样品

关于Revo 塑成科技
Revo公司由来自美国的高科技海归创始团队在 2016 年创立。核心技术团队来自于知名企业或海内外知名院校实验室。Revo 将传统意义的硬件设备、软件服务,与材料技术结合起来,为高分子制品的设计与制造,提供一种全新的革命性的制造方式。Revo眼中的未来制造技术,是一个光与热打造的全新世界。通过 Revo 的数字光子制造技术,对于以高分子为材质的制品,我们能够进行可追踪地,具有终端使用性能与品质的、大批量生产制造,设计不受限制。我们正在朝着市场所需求的,产品快速迭代、大批量定制和柔性制造迈进。

 

 

LEAP™:(Light Enabled Additive Production)技术

· 厂商:LuxCreo清锋时代

· Z轴打印速度:1200mm/h

· 打印幅面: 190 mm x 120 mm x 420 mm

· 机型:TriX系列

 

LEAP™(Light Enabled Additive Production)技术相较传统3D打印技术而言,不需要层层叠加构成三维物件,是通过一种“生长”的方式快速成型。这一技术基于Bottom-up DLP,通过改性界面实现连续液面高效成型,最高打印速度可达到120cm/h,且能适用多种不同材料,真正可以实现批量化定制生产。

 


 

△TriX系列,量产型工业极速3D打印机。打印最大尺寸: 190 mm x 120 mm x 420 mm ,采用自主研发的可供客户便捷使用的操作软件,打印速度最高可达120cm/h,精度达到微米级,适用自主研发的高性能材料体系。应用于规模化定制生产,相比传统注塑制造工艺具有短时间零件交付、无需模具环节费用、设计空间无限等优势。

 

LEAP™(Light Enabled Additive Production)技术的打印速度,相较传统3D打印提升100倍以上;自主研发的材料体系性能满足大规模生产的功能性应用需求。


 

关于LuxCreo清锋时代
LuxCreo清锋时代是一家专注3D打印软件、设备、材料研发,并致力于为客户提供完整解决方案的规模化服务商。团队研发的具有世界领先水平的极速3D打印LEAP™技术将3D打印的速度提升了100倍以上,将3D打印的应用层次从原型制造推进到可实现的量产,走出重塑制造链的重要一步。清锋时代目前已布局北京、宁波、台北、美国硅谷四地,汇聚了清华大学、剑桥大学、哈佛大学、宾夕法尼亚大学、沃顿商学院、帝国理工学院等国际一流学府的高端技术人才和高管人才。KPCB、北极光创投、顺为资本等一流投资公司的加入,使得公司在软件、设备、材料研发及量产化的商业应用等方面快速发展,同时非常注重自主核心技术的知识产权保护,以走向国际化竞争舞台。

 

 

HARP:高速大尺寸3D打印技术(high-area rapid printing)

· 厂家:Azul 3D, Inc

· Z轴打印速度:432mm/ h

· 打印幅面:打印床尺寸0.2平方米、Z轴高度为约4米

· 机型:原型机,(将在未来18个月内进行商业化应用)

 

2019年10月17日,美国西北大学的研究人员宣布开发出一种大尺寸的高速3D打印机,可以在短短几个小时内打印出一个成年人大小的物体。这项新技术被称为HARP (high-area rapid printing高速大尺寸3D打印),可实现创纪录的生产效率,并且是个性化生产,这项技术已经以论文的形式,发表在2019年10月18日的《科学》杂志上。西北大学温伯格文理学院的 George B. Rathmann 化学教授、国际纳米技术研究所主任 Chad A. Mirkin,与 David Walker 及 James Hedrick 共同完成了这项研究,后两人均为 Mirkin 实验室的研究人员。 

 

冷却技术
HARP使用一种新的、正在申请专利的光固化3D打印技术。HARP采用垂直打印,用紫外线将液态树脂固化为硬化的塑料。此过程可以打印出坚硬、有弹性甚至陶瓷。与其他3D打印技术常见的叠层结构相反,这些连续打印的零件机械性能很好,可以用作汽车、飞机、牙科、矫形器、时尚等等的零件。

当前光固化3D打印技术速度提升的主要限制因素是热量。每台光固化3D打印机在高速运行时都会产生大量热量,甚至有时会超过180摄氏度。这不仅会导致危险的高温表面温度,还会导致打印零件的破裂和变形。速度越快,打印机产生的热量就越大。而且,如果又大又快,发热量会非常高。这个问题,大多数3D打印公司无法解决。 Walker说:“当这些打印机高速运行时,树脂的聚合会产生大量的热量。他们无法消除这些热量。”

 


 

△可连续打印的移动界面描述:A.HARP 的 3D 打印技术方案;B.在不同流速下打印部件的速度分布,表明存在滑移边界;C.有代表性的打印零部件滑移边界流动剖面插图(来源:Science)

 

“液态铁氟龙”
西北大学的团队通过类似于液体特氟龙不粘液体的行为来绕过了这个问题。 HARP通过窗口投射光线固化垂直移动的成型台板上的树脂。液体聚四氟乙烯在接口上流动得以除去热量,然后通过冷却单元进行循环。

“我们的技术像其他技术一样会产生热量,”Mirkin说。 “但是我们有一个可以散热的接口。”HARP的液态树脂界面也不粘,可以防止树脂粘附到打印机本身。这样打印过程中,Z轴方向就不必做上下往返运动来去除粘力,从而实现连续液面打印(和Carbon3D打印的技术原理一样),速度提高了一百倍。 

 

变大纳米技术
Mirkin是世界著名的纳米技术专家,于1999年发明了世界上最小的打印机。这种技术被称为蘸笔式纳米光刻技术,它使用一支微型笔画出纳米级的图案。然后,他将其转换为一个阵列的细笔,这些细笔中射出光线,从而固化树脂材料。 HARP中使用的特殊不粘界面,起源于该技术开发为纳米级3D打印机的过程。

“从体积的角度来看,我们已经把纳米应用变大了18个数量级。”Mirkin说。这项名为“使用移动液体界面进行快速、大容量、热控制的3D打印”(“Rapid, large-volume, thermally-controlled 3D printing using a mobile liquid interface)的研究,得到了美国能源部空军科学研究所(授予编号FA9550-16-1-0150)(奖项编号为DE-SC0000989)和谢尔曼飞兆半导体基金会的支持。

关于Azul 3D
目前,科学家们已经根据这个技术成立了一个公司,叫Azul 3D, Inc。西北大学也持有该公司的股权。Mirkin 说:“当我们可以快速且大尺寸地3D打印时,这项技术就可以着实去改变人们对制造的看法。借助 HARP,人们可以在没有模具、不需要零件仓库的情况下,根据需求去生产任何东西。”

 

cDLM:连续数字光制造技术(Continuous Digital Light Manufacturing)

· 厂商:德国EnvisionTEC

· Z轴打印速度:80mm/h,

· 打印幅面:180毫米×101毫米×85毫米,

· 机型:Envision One Machanical (Micro Plus cDLM)

 

cDLM(Continuous Digital Light Manufacturing,意为连续数字光制造)是德国envisiontec公司的专利3D打印技术,该技术非常适用于产品开发设计的快速验证,打印整盘模型可在15-30分钟内完成。

连续3D打印不能始终在较大的构建区域内持续提供准确的部件,使用氧气创建一个连续打印的构建区域可能会导致材料在氧气的压力下膨胀。这会在Z轴上造成严重的不准确,最终可能会影响牙科产品。EnvisionTEC现在正在使用正在申请专利的无圆盘材料托盘,该托盘在连续3D打印过程中保持平坦和平行,从而在整个构建区域保持一致的精度。

 

具体数据方面,Micro Plus cDLM的Z轴打印速度为每英寸(25.4毫米)/10-20分钟,最大构件尺寸为45毫米×28毫米×75毫米。除此之外,它还配备了工业级的UV LED光引擎,一个具有Wi-Fi功能的集成PC,以及内置触摸屏,操控十分方便。

 

关于EnvisionTEC
目前,知名德国3D打印机制造商EnvisionTEC已经推出了多款新型3D打印机,例如3D-Bioplotter® Starter、Vector 3SP、SLCOM 1、Aureus Plus(属于桌面级Perfactory Desktop Plus系列)、Vida Hi-Res DSP,以及Micro Plus cDLM等等,现在其产品种类超过40款。

 

 

LSPc:润滑油子层光固化技术

· 厂商:美国Nexa3D

· Z轴打印速度:600mm/h

· 打印幅面:加工体积达16升,XY扫描LCD 4K

· 机型:NXE400

 

润滑油子层光固化技术(LSPc)该技术本质上摆脱了光固化技术常见的自底向上的方式。“LSPc™技术在料桶底部、光固化树脂和光源之间介入了一层透明的自润滑膜。系统通过逐渐释放一层油,使成品树脂固化时暂停在基板上,该系统的核心就在于这种油,它能够创建一个抑制剂子层,使搭建平台避免新固化层脱离。


 

简而言之,这意味着使用这种润滑油将打印对象从构建平台上释放了出来,从而使机器着力于解决成型速度。在逐层固化树脂的时候,它并不需要连续刷新,用户仅凭旁观就能够感到其稳步增长过程。另外开发团队还设计了一种算法,能够根据所选对象的具体特点优化打印过程,从而实现了令人难以置信的速度。

  

关于Nexa3D
Nexa3D 的3D打印机采用一种叫做“连续LSPc”的独特SLA技术和一种专利结构的光矩阵,在2017年三纬国际投资Nexa3D千万美元。

 

 

UDP:单向剥离技术

· 厂商:北京UNIZ

· Z轴打印速度:最高1200mm/h

· 打印幅面:192mm × 120mm × 200 mm

· 机型: SLASH PLUS UDP

 

通过对成型平台、光路系统以及控制系统的升级,单向剥离(UDP)技术摒弃传统成型平台往复运动的打印方式,采用更先进的单方向运动的打印方式;得益于优良的分离性能,成型平台只需向上运动,省掉了往复运动的时间,从而使打印速度更快。

  

△SLASH 2

技术特点:

· 大功率面阵光源—足够的光功率提高反应速度;

· 专利的液冷技术---有效解决高速打印树脂放热剧烈的问题;

· 特殊的离型膜材质---离型特性远好于一般的离型膜,可以达到无需往复运动直接分离;

· 特殊的树脂材料---高反应活性、高暗光耐受。

  

△UNIZ打印样品

关于UNIZ

2014 年,在 3D 打印产业最红火的时候,李厚民在美国创立了 UNIZ,专注于为企业及个人用户提供智能化、高精度、高性价比的光固化3D打印机、耗材及相关技术服务,致力于开发以LCD-SLA光固化技术为核心的相关产品。三年之后,焦躁的资本热潮早已奔向其他领域,但李厚民却顺利地通过 A 轮融资拿到了 4500 万人民币。2016年5月,在Kickstarter上对他们的首款桌面3D打印机SLASH发起了众筹,最终取得巨大成功,筹到了400万人民币。

 

 

 

机器人和自动化技术+超高速非接触式DLP技术

· 厂商:美国3D Systems

· Z轴打印速度:100毫米/小时,

· 打印幅面:124.8 x 70.2 x 346 mm

· 机型:模块化3D打印系统Figure 4 Production

 

模块化3D打印系统Figure 4 Production融合了机器人和自动化技术,生产效率要远高于普通的树脂3D打印系统(速度快50倍),甚至能与传统的注塑工艺一较高下,Figure 4与其它3D打印机最大的区别就是将机械臂当做了打印的末端平台。由此带来的最大好处就是大幅简化了整个3D打印流程,显著提高了生产效率。另外,由于还集成了包括喷涂在内的多种后处理工艺,Figure 4的整体速度非常快,号称高达同类型设备的50倍。

  

△模块化3D打印系统Figure 4 Production

 

非接触式的DLP也就是打破传统的离型膜直接与成型平台接触、紧紧压住玻璃透和成型平台的模式。使之恒定保持极小的距离,这种非接触的方式使模型脱离离型膜束缚、有效保证打印件顺利剥离和打破了打印速度的瓶颈。这种方式使连续光固化效率达到极限。


 

△Figure 4 Production打印样品

关于3D Systems
30多年来,3D Systems持续为制造业提供创新的3D打印技术。今天3D Systems作为领先的增材制造解决方案企业,以全新的工作流程帮助生产企业创造前所未有的产品和业务模式。3D Systems拥有完善的数字化制造生态系统,包括塑料和金属3D打印机、打印材料、按需制造服务和全面的端至端生产软件。每一套解决方案都是3D Systems应用工程师与客户合作的结晶,3D Systems的解决方案被广泛应用于航空航天、汽车、医疗、牙科和消费品等市场的原型件生产和批量化生产中。

 

 

激光全息投影3D打印技术

· 开发者:国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学伯克利分校、罗切斯特大学,以及麻省理工学院合作开发

· 打印速度:打印过程10秒

· 打印幅面:1立方厘米

· 机型:原型技术验证机

 

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学伯克利分校、罗切斯特大学,以及麻省理工学院合作,开发出了激光全息投影3D打印,该技术在成型方式上做了根本性改变, 即将“分层打印再堆积”改为了整体一次性打印,简单来就是将物体的激光全息图整个“嵌入”光敏树脂中,直接在空间中实现固化,完成打印。因此,它的速度极高,可达现有技术的上百倍,甚至比美国Carbon公司的CLIP技术还要快,而且完全不需要打印支撑。

 


 

▲动画原理,其中绿色是激光束,白色是树脂槽,黑色是反射镜。三束激光交汇的地方就会生成打印目标的全息图像


 

▲实际打印过程,可以看到全息图是一个立方格

 


▲整个打印过程耗时不到10秒,完成后将树脂吸出即可

目前,LLNL团队已经用这项新技术成功打印出了许多种不同的结构。至于它的应用,他们认为最有前途的是制造医疗上需要的活体植入物,因为这类植入物通常要使用由活细胞或水凝胶制成的生物墨水打印,柔软且容易变形。这就意味着涉及大量运动的现有3D打印技术不太可行,但LLNL的这种静态打印方法就可以办到。

 


 

△原型验证机

不过,由于尚处于早期研发阶段,这项新技术也有明显的缺点,其一是成型尺寸非常小,目前仅有1立方厘米左右,原因是需要让激光在树脂中均匀分布;其二是不能打印太复杂的形状,因为持续的照射会导致不需要的液态树脂部分固化;其三是可用的树脂材料种类有限。

对此,LLNL表示正在想办法改进。此外他们还认为,用3D光场来取代全息投影可能会更好,因为后者不仅需要用到昂贵且复杂的光学设备,而且容易出现“激光散斑”。这会令激光干扰到自身,从而导致打印件表面粗糙。这方面,他们正在尝试用LED作为光源和幅度调制做出改进。

 

GDP:凝胶点胶打印技术(Gel Dispensing Printing )

· 厂商:以色列Massivit 3D

· Z轴打印速度:300mm /h

· 打印幅面:1450 x 1170 x 1470 mm

· 机型:Massivit 1500 Exploration

 

Gel Dispensing Printing (GDP凝胶点胶打印)技术是Massivit 3D公司开发的专有技术,它是DLP光固化3D打印技术与FDM 3D打印技术的一种混合,该技术的基本原理是选择性地将凝胶喷射到平台上,然后用UV光对其进行照射。UV光可以固化这种具有光固化特性的凝胶,由此逐步构建出一个实体3D对象。

 


 

△Massivit 1500 Exploration 3D打印机

 

Massivit 3D公司采用Gel Dispensing Printing (GDP凝胶点胶打印)技术开发的Massivit 1500 Exploration大尺寸3D打印机,可以生产出尺寸高达1450 x 1170 x 1470 mm的轻质空心件,该公司2016年曾获得来自Stratasys的投资。

Massivit 1500 Exploration可以生产尺寸高达1450 x 1170 x 1470 mm的轻质空心物体,包括观众参与式POP / POS显示屏,发光标牌和道具以及用于高性价比热成型的高耐久性模具,覆盖零售,广告,娱乐,活动和室内设计市场。所使用的材料是一种专有的光敏聚合物丙烯酸凝胶,可立即光固化,因此可用于高速3D打印超大物体。


 

△Massivit 3D打印样品

关于Massivit 3D
Massivit 3D 打印科技公司是宽幅面3D打印解决方案的行业先锋,让视觉沟通,展会动,娱乐活动,原创概念的展示,以及室内设计都以全新的高科技方式来呈现。Massivit 3D获得专利的凝胶分层打印技术是公司独有的,可印即时固化的凝胶材料Dimengel,能快速及节省成本地生产轻便空心的3D打印模型,最大体积可达 1.8米 / 6英尺高。

 

 

飞秒投影双光子光刻技术

· 开发者:《Science》发表、美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh K. Saha和香港中文大学Shih-Chi Chen合作开发

· 打印速度:能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构

· 打印幅面:未知

· 机型:原型试验机

 

美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh K. Saha和香港中文大学Shih-Chi Chen合作提出一种通过超快激光打印亚微米结构的技术。通过投影2D聚焦平面构筑3D模型。这种方法在不牺牲分辨率的情况下将传统方法的产率提高了三个数量级。能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构。相关论文以Scalable submicrometer additive manufacturing为题发表在《Science》上。

材制造技术使用单点高强度光(通常直径约为700至800纳米)将光敏聚合物材料从液体转换为固体,由于该点必须扫描整个要制造的结构,因此现有的TPL技术可能需要许多小时才能生成复杂的3D结构,这限制了它在实际应用中按比例放大的能力。

  

△通过重叠3D空间中的多个投影生成的堆叠纳米级3D环形结构。 通过这种深度解析的纳米级3D打印技术可以生成任意复杂的3D结构。

  

 

“我们可以同时投影一百万个点,而不是使用单个光点(...),从而极大地提高了速度,因为我们可以使用整个平面,来代替使用必须扫描的单个点来创建结构的方法。 对于投射光, 我们没有聚焦一个点,而是拥有一个可以被图案化为任意结构的整个聚焦平面。”美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh Saha说道。这个技术,其实在我们熟知的3D打印技术中,就是DLP面曝光3D打印技术。

研究人员多年来一直致力于加速用于生产纳米级3D结构的双光子光刻工艺,他们的成功来自采用一种不同的聚焦光的方法,即利用其时域特性,从而可以生产出具有高分辨率且具有微小特征的超薄光片。飞秒激光的使用能够保持足够的光强度,以触发双光子过程聚合,同时保持较小的点尺寸。 在FP-TPL技术中,飞秒脉冲经过光学系统时会被拉伸和压缩,以实现时间聚焦。该过程可以生成比衍射限制的聚焦光斑更小的3D特征,并且需要两个光子同时撞击液体前驱物分子。

  

 

FP-TPL的单层容量处理速率超过现有TPL技术至少三个数量级,我们的3D打印速率超过现有最快的TPL技术,其中多孔结构超过90多倍,非孔结构超过450倍。FP-TPL方法能够打印复杂3D亚微米特征结构图案。FP-TPL的打印量、分辨率和模式灵活性使其成为一项有吸引力的技术,可实现微纳米结构的批量制造,可能使用在机械和光学超材料,微光学、生物支架,电化学接口和柔性电子器件多种领域。是一项具有实用性的革新技术。

 

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