不透明樹(shù)脂也可體積3D打印了

南極熊導(dǎo)讀：3D打印在許多領(lǐng)域，徹底改變了人們生產(chǎn)體積組件和結(jié)構(gòu)的方法。近年來(lái)，基于體積光的技術(shù)允許在較短的打印時(shí)間（低至幾十秒）內(nèi)完成3D打印，同時(shí)保持良好的分辨率（約100 μm）。然而，這些新方法僅適用于均質(zhì)且相對(duì)透明的樹(shù)脂。未來(lái)想要使用帶顏色的樹(shù)脂是否有方法？以及什么樣的行業(yè)需要這種樹(shù)脂呢？

2022年5月24日，南極熊獲悉，EPFL應(yīng)用光子器件實(shí)驗(yàn)室(LAPD)的工程師們，提出了一種新的3D打印方法，該方法可以使用基于不透明的樹(shù)脂，在幾秒鐘內(nèi)構(gòu)建出物體。

△三個(gè)3D打印物體：一個(gè)由透明樹(shù)脂制成（左）；一種來(lái)自不透明樹(shù)脂，未經(jīng)校正（中）；一張來(lái)自不透明樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)修正（右）。圖片來(lái)自2022 EPFL

2017 年，EPFL工程師們開(kāi)發(fā)了一款，幾乎可以立即制造出物體的3D打印機(jī)。五年后，通過(guò)改進(jìn)他們的3D打印設(shè)備和方法?，F(xiàn)在可以用不透明的樹(shù)脂創(chuàng)造東西——這在以前是不可能的。

大多數(shù)3D打印機(jī)，通過(guò)在制造的過(guò)程中沉積材料來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建體。但是，新的3D打印方法，卻采用體積方法。

洛杉磯警察局教授Christophe Moser說(shuō)：“我們將樹(shù)脂倒入容器中并旋轉(zhuǎn)。然后我們以不同的角度照射容器，使樹(shù)脂在樹(shù)脂中累積的能量超過(guò)，給定水平的地方固化。這是一種精確的方法，可以生成與現(xiàn)有3D打印技術(shù)相同分辨率的物體?！?br />

△采用LAPD技術(shù)，使用非透明樹(shù)脂構(gòu)建一個(gè)小小的尤達(dá)。圖片來(lái)自2022 EPFL

不透明樹(shù)脂打印難題
“這種體積法可以用于幾乎任何形狀的物體，他們決定通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)微型Yoda模型，來(lái)測(cè)試它的構(gòu)建速度。結(jié)果，只需要20秒就可以制作出這個(gè)Yoda小雕像，而傳統(tǒng)的增材制造工藝大約需要10分鐘?！?br />
該方法需要注意的是，光需要筆直地穿過(guò)樹(shù)脂，不能有任何的偏離才有效。光線通過(guò)與塑料中包含的光敏化合物相互作用使樹(shù)脂固化。

洛杉磯警察局的博士后Antoine Boniface說(shuō)：“到目前為止，我們一直使用透明樹(shù)脂，但我們想知道，未來(lái)生物醫(yī)療行業(yè)是否需要這種不透明樹(shù)脂打印物體?！?br />
在體積過(guò)程中使用不透明樹(shù)脂的問(wèn)題是光不能順利傳播，因此很難收集硬化樹(shù)脂所需的能量。

關(guān)于該文獻(xiàn)的更多信息，請(qǐng)移步Jorge Madrid- Wolff等人?？刂朴糜隗w積增材制造的散射材料中的光。（點(diǎn)我傳送門）

DOI：10.1002/advs.202105144

△散射校正層析體積增材制造(VAM)，允許在散射材料中打印具有中空通道的復(fù)雜幾何形狀，如負(fù)載細(xì)胞的水凝膠等。圖片來(lái)自onlinelibrary

通過(guò)AI計(jì)算實(shí)現(xiàn)能量分配
Jorge Madrid-Wolff博士說(shuō)：“使用不透明樹(shù)脂，我們?cè)诖蛴∥矬w時(shí)會(huì)損失了很多分辨率。因此，我們?cè)噲D提出一種解決方案，從而可以在這種樹(shù)脂中制造物體，同時(shí)又不失3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)?！?br />
科學(xué)家們首先使用攝像機(jī)，來(lái)觀察光線穿過(guò)樹(shù)脂的路徑。然后，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種AI方程來(lái)調(diào)整光線失真。它的作用是，在打印時(shí)和更改光線時(shí)執(zhí)行這些AI計(jì)算。這樣做的好處是，可以確保將樹(shù)脂硬化所需的能量，應(yīng)用于需要的地方。

通過(guò)該方法，工程師可以用不透明樹(shù)脂打印物品，其精度幾乎與透明樹(shù)脂相同。這是一項(xiàng)重大的發(fā)現(xiàn)。

據(jù)專家介紹，LAPD方法可用于3D打印生物材料，例如人工動(dòng)脈。此外，工程師計(jì)劃一次打印多種材料，并將打印機(jī)的分辨率，從十分之一毫米進(jìn)一步提高到一微米。