比Carbon快5-10倍，支持多色打印，斯坦福iCLIP 3D打印技術登上《Science》子刊封面

2022年9月29日，南極熊獲悉，斯坦福大學一項3D打印技術登上學術期刊《Science Advances》的封面，他們將這項新技術命名為iCLIP，本質(zhì)上是對Carbon公司連續(xù)液體界面生產(chǎn)(CLIP)技術的改進?？梢宰龅奖饶壳笆袌錾献羁斓母叻直媛蕵渲?D打印機快5-10倍，并且能夠使用多種樹脂進行多種顏色的打印。

△《Science Advances》雜志封面介紹最新的iCLIP 3D打印技術

△iCLIP技術的深度講解，英文版視頻

那么iCLIP技術的原理究竟是怎樣的呢？我們首先要來回顧一下Carbon的CLIP技術。

CLIP技術是2015年在《科學》（Science）封面發(fā)表的一項革命性3D打印技術，后來Carbon公司進行了商業(yè)化。這項技術的核心是“利用一層透氧膜，隔離光敏樹脂液體和空氣中的氧氣，實現(xiàn)高速、連續(xù)的3D打印成型”，CLIP技術比當時其他的3D打印快25-100倍。

CLIP打印看起來像是科幻電影中的場景，一個上升的平臺從薄薄的樹脂池中，平穩(wěn)地拉出看似完全成型的物體。表面的樹脂通過投射在池子里的一連串紫外線圖像硬化成預設的形狀，而池子底部的氧氣層則阻止了固化，并創(chuàng)造了一個 "死區(qū)"，在那里樹脂依然保持著液體的形態(tài)。

△CLIP技術的核心是利用一層透氧膜，隔離光敏樹脂液體和空氣中的氧氣，實現(xiàn)高速、連續(xù)的3D打印成型

死區(qū)是CLIP速度的關鍵。隨著打印固化部分的不斷抬升，液體樹脂應該盡快填充在它的底部，從而實現(xiàn)平滑、連續(xù)的打印。但對于很多情況下，樹脂的流動速度并沒有這么快，特別是如果部件上升太快或樹脂特別粘稠的時候。

如今已經(jīng)過去7年時間，斯坦福大學團隊對這項技術進行了升級，新提出的“iCLIP”工藝，對CLIP打印機樹脂池底部充滿氧氣的“死區(qū)”進行重新利用。通過注射（Injection）的方式將材料泵入這個區(qū)域中，科學家們成功地加快了過程，并解鎖了獨特的管道集成部件設計。

斯坦福大學機械工程博士生、主要作者 Gabriel Lipkowitz解釋道 ：“CLIP中的樹脂流動是一個非常被動的過程，你只是把物體拉起來，希望吸力能把材料帶到需要的地方?，F(xiàn)在，通過這項新技術，我們可以主動將樹脂注射到打印機需要的地方。“

“樹脂是通過與設計同時打印的導管輸送的。導管可以在物體完成后被移除，或者它們可以被納入設計中，就像靜脈和動脈被構建在我們自己的身體中一樣?！?br />

△CLIP與iCLIP兩種技術的區(qū)別：（CLIP是讓樹脂從模型周圍流入，而iCLIP則是從上方注入樹脂）

這項研究的作者之一、Carbon聯(lián)合創(chuàng)始人約瑟夫·德西蒙(Joseph DeSimone)說：“它將使我們的打印速度大大提高，有助于開創(chuàng)數(shù)字制造的新時代，并使復雜的、多材料的物體的制造成為可能，只需一步?！?br />

△使用斯坦福的iCLIP方法3D打印的教堂模型，可以在單個物體中使用多種類型或顏色的樹脂

該團隊的研究成果，比目前最快的高分辨率打印速度約快5到10倍，并有可能讓研究人員使用具有更好機械和電氣性能的工程樹脂。

△該團隊的最近研究成已發(fā)表在《科學進展》上，題目為“注入連續(xù)液體界面生產(chǎn)3D物體”（傳送門）

通過單獨注入的樹脂，新工藝iCLIP提供了在打印過程中，使用多種類型的樹脂進行打印的技術，每種新的樹脂只需要單獨的注射器。

研究人員用多達三個不同的注射器對打印機進行了測試，每個注射器都填充了染成不同顏色的樹脂。他們成功地用每個國家的國旗顏色打印了幾個國家的著名建筑模型，包括用烏克蘭國旗的藍色和黃色打印了圣索菲亞大教堂，和用美國紅、白、藍三色打印的獨立大廳。

△多材料iCLIP的打印計劃：(A到E)五個用于測試的多材料iCLIP打印目標，以各個國家重要的建筑為模型，構建的顏色采用該國家國旗上的主要基色，復雜程度依次增加。(F到J) 相應的iCLIP打印策略，突出了打印過程中不斷變化的幾何形狀

Lipkowitz說：“3D打印技術的“必殺技”就是制造具有不同材料或機械性能的物體，應用范圍包括從非常有效的能量吸收結構，到具有不同光學特性和先進傳感器的物體?！?br />
在成功證明了iCLIP具有用多種樹脂打印的潛力后，DeSimone、Lipkowitz和他們的同事正在開發(fā)軟件，以優(yōu)化每個打印件的流體分布的的設計。他們希望確保設計師能夠精細地控制樹脂類型之間的界限，并有可能進一步加快打印過程。

Lipkowitz說：“一個設計師不應該為了能夠快速打印一個物體，就必須學會流體動力學。我們正在努力創(chuàng)建高效的軟件，它可以把一個設計師想要打印的零件，不僅自動生成分布網(wǎng)絡，而且還可以確定管理不同樹脂的流速，以實現(xiàn)單次打印構建多材料的目標。"

這項工作由斯坦福大學Precourt能源研究所、斯坦福伍茲環(huán)境研究所和美國國家科學基金會提供資助。