激光网3月26日消息，斯坦福大学的研究人员开发了一种新颖的高速3D打印工艺，每天可以产生多达100万个高度复杂的微观颗粒。
虽然显微模型的 3D 打印在药物输送、微电子和微流体等各个行业中都是一个不断增长的领域，但许多挑战限制了生产规模。精确控制光线的传递、舞台运动和树脂特性的需求通常会导致在速度、几何控制、均匀性和材料特性之间进行权衡。
为了克服这些挑战，斯坦福大学团队利用了一种基于树脂的3D打印技术，称为连续液体界面生产。研究人员将这一过程集成到生产线设置中，以创建一种新技术，称为卷对卷CLIP。
这使得批量的微型模型可以自动进行3D打印、清洗、固化和移除，而无需手动输入，从而大大提高了生产速度。据说这种方法可以实现复杂微观设计的大批量3D打印，为生物医学、分析和先进材料应用提供了显着的潜力。
“我们现在可以在微观尺度上创造更复杂的形状，其速度是以前没有显示过的粒子制造速度，并且来自各种材料，”斯坦福大学DeSimone实验室的博士候选人Jason Kronenfeld解释说。
该研究结果题为“形状特定颗粒的卷对卷高分辨率3D打印”，已发表在学术期刊《自然》上。
CLIP 3D打印由斯坦福大学医学转化医学Sanjiv Sam Gambhir教授Joseph DeSimone共同开发，他于2015年通过他的公司Carbon为该技术申请了专利。
光聚合过程利用紫外光将树脂快速固化成所需的形状。CLIP 不像 DLP 和 SLA 技术那样逐层固化树脂，而是采用连续 3D 打印工艺，可显着缩短制造时间。
该技术的关键是透氧窗口，该窗口可在大桶底部的树脂中形成一个薄的无聚合区域。这个“死区”可以防止液态树脂固化并粘附在投影窗口上，从而实现更快的3D打印速度并生产更易碎的绿色部件。
为了开发新的大批量微型3D打印工艺，斯坦福大学团队用连续和模块化的“卷对卷”薄膜替代品取代了CLIP 3D打印机的静态构建板。
铝涂层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜首先被张紧并通过CLIP 3D打印机送入。在这里，数百个微观形状同时被制作到胶片上。然后，PET薄膜装配线将3D打印的形状移动到不同的工作站，这些工作站会自动清洗、固化和去除它们。最后，可以将空胶片卷起。
3D打印机能够制造尺寸达200μm的颗粒，特征分辨率为2.0μm。为了证明r2rCLIP能够3D打印尺寸复杂的结构，研究人员生产了一系列几何复杂程度不断提高的形状。其中一种设计是 DeSimone 实验室标志的三维表示，该标志具有微米级的巴基球几何形状。
在传统的微型3D打印中，必须手动处理成批的颗粒，这可能既缓慢又费力。然而，作为一个全自动过程，r2rCLIP可以在一天内成功3D打印多达100万个颗粒。
由于这种高吞吐量，人们相信r2rCLIP可用于从微型机器人和货物输送系统到药物输送船等组件的大规模生产。事实上，斯坦福大学的团队已经尝试了由陶瓷和水凝胶制成的硬颗粒和软颗粒的3D打印。
Kronenfeld说：“我们的方法能够产生高分辨率输出，同时保持满足专家认为对各种应用至关重要的颗粒生产量所需的制造速度。
展望未来，斯坦福大学的研究人员希望r2rCLIP 3D打印能够被其他研究人员、行业和高价值的大规模生产应用更广泛地采用。
虽然这项研究旨在扩大微尺度颗粒的生产规模，但树脂 3D 打印在大规模生产大型零件方面的潜力也在探索中。
早在 2019 年，密歇根大学的科学家就开发了一种高速树脂 3D 打印工艺，其速度比市售技术快 100 倍。据说可以与CLIP方法相媲美，该方法采用了紫外光和蓝光的双光源。
通过使用同时含有光引发剂和抑制剂的树脂混合物，可以根据需要调整灯以启动和停止固化过程。这种方法可以实现与 CLIP 类似的“死区”效果，但不需要物理窗口。
密歇根大学团队成功地使用这种方法实现了大约 2 米/小时的 3D 打印速度。因此，研究人员表示，这种方法可以为希望在大规模生产中使用增材制造的公司提供价值。
在其他地方，以色列初创公司Sprybuild最近推出了其新的立体光刻3D打印机，该打印机具有在传送带上的连续构建过程，这可能为大规模生产应用提供潜力。利用磁性机构，传送带实现了表面稳定性，同时实现了 3D 打印部件的自动释放，减少了停机时间并提高了生产率。
在测试过程中，该系统以 55 毫米/分钟的速度成功 3D 打印了牙科模型。然而，Sprybuild声称3D打印机可以达到150毫米/分钟的速度，比普通商用树脂3D打印机快2.5倍。
总部位于犹他州的3D打印零件制造商Merit3D已经利用基于树脂的增材制造实现大规模生产。去年，该公司利用 20 台 Photocentric Liquid Crystal Magna LCD 树脂 3D 打印机交付了 100 万个 3D 打印零件的订单。
这些3D打印机被誉为“有史以来最大的3D打印零件订单”，用于为佛罗里达州的粘合剂制造商Adhesive Technology Corporation生产环氧树脂产品的衣架，每周生产40000件。
这笔交易是Merit3D正在进行的任务的一部分，即将大规模生产的零件重新运回美国。这项任务得到了 1000 万美元的犹他州制造业现代化补助金的支持，该补助金旨在帮助犹他州企业在该州发展制造业。
