每分钟长高1厘米:3D打印光固化技术获重大进展

中科院福建物构所3D打印工程技术研发中心林文雄课题组在国内首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术,并开发出了一款超级快速的连续打印的数字投影(DLP) 3D打印机。该3D打印机的速度达到了创记录的600 mm/h,可以在短短6分钟内,从树脂槽中“拉”出一个高度为60 mm的三维物体,而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺(SLA)来打印则需要约10个小时,速度提高了足足有100倍!

  传统的SLA技术采用逐层固化、层层累积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或填充精确、均匀的光敏树脂,再进行光照射形成新的固化层,这种方式系统复杂且耗时。2015年3月,美国Carbon3D公司最早提出“连续液面生长技术”(CLIP)。该技术是通过透氧材料特氟龙引入氧气作为固化抑制剂,在树脂底部形成一层薄的液态抑制固化层,即所谓的“固化死区”,避免已固化区域与底部粘连,使固化过程保持连续性,从而比传统的3D打印速度快25—100倍,达到500mm/h。

  福建物构所提出了一种特殊的半渗透性透明元件,作为树脂槽内底面的一部分,固定于打印光源的照射路径上。该类型半渗透性透明元件对氧气的透过率比一般高分子聚合物高,最高可达到5—10倍,因此氧气或空气均可作为固化抑制剂使用。具体的打印技术原理是:利用DLP投影系统提供照射光源,照射树脂槽底部的构建区域形成固化区域;同时通入氧气或空气,氧气或空气透过半渗透性透明元件进入树脂槽,在内底面和固化区域之间形成一层几十微米厚的抑制固化层。由于液态抑制固化层的存在,固化区域与树脂槽底部能轻松无损伤分离,实现全程固化的高速连续性,获得最大打印速度超过600 mm/h,比美国Carbon3D公司发布的连续3D打印设备速度快约20%。


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