机械臂+DLP光固化技术，3D打印速度达2000层/分钟，高度无限制

2021年2月5日，南极熊获悉，美国西北大学McCormick工程学院的研究人员，开发了一种新型的光固化3D打印机，它具有超凡的打印速度和出色的零件精度。

据介绍，他们开发的连续打印工艺每分钟能够打印2000层左右的材料，这样速度确实是惊人的，毕竟普通的DLP 3D打印机1分钟只能打印10层左右，相当于速度提高了200倍左右。如果按照每层厚度25微米计算，那么1分钟可以打印出50毫米高度的零件。

这系统将光固化与六轴机械臂相结合，通过在建造过程中移动、旋转和重新调整每个层的自由度，机器赋予了全新的设计自由。

△机械臂+DLP光固化 打印过程，南极熊从视频中看到，在40倍快放的情况下，打印这个小埃菲尔铁塔用时23秒，实际用时相当于是920秒（15.3分钟），打印速度远远达不到上面所说的2000层/分钟。

西北大学机械工程副教授、项目的主要作者Cheng Sun指出："3D打印过程不再是仅仅制作设计模型的复制品。现在我们有了一个动态的过程，利用光来组装所有的层，但在移动过程中，每一层都有很高的自由度。"

△西北大学新颖的3D打印机利用了六轴机械臂，图片来自西北大学

模型切片的新玩法

对于常规的3D打印机，在打印之前一般需要将3D模型数据进行切片，变成一层一层的数据，通过3D打印机的逐层打印来完成物体的制造。

西北大学的方法则颠覆了这一点，将分层切片的方法替换为更流畅的连续过程。

由于打印机的机械臂并没有被锁定在Z轴方向上运动，因此它可以动态地变换每一个层。此外，由于打印引擎是基于DLP的光投影仪，整个系统适合快速固化和高分辨率。整个模型是一次性3D打印出来的，而且没有延迟，所以系统是持续运行的。

△切片模拟打印过程

Sun补充道："我们是利用光来进行制造的，将光照射在液态聚合物上，使其交联或聚合，将液体转化为固体。这有助于提高我们3D打印的速度和精度。"

△西北大学3D打印机上打印的动态变形的埃菲尔铁塔模型，图片来自西北大学

一分钟2000层


△视频

从数字来看，连续工艺每分钟能够打印相当于2000层左右的材料。研究人员通过制造一些测试打印物，包括埃菲尔铁塔、双螺旋和一个高度定制的血管支架，展示了该系统的威力。

由于3D打印机还兼容多材料构建，团队能够制造出具有刚性底座和软致动肢体的软性气动抓手，成为快速生产零件的新方法。

△具有刚性底座和软致动肢体的软性气动抓手

Sun总结道："这是一个非常快速的工艺，而且层与层之间没有中断。我们希望制造业能从中受益。一般的打印方法可以兼容多种材料。"

关于3D打印机的更多细节可以在题为  ‘Conformal Geometry and Multimaterial Additive Manufacturing through Freeform Transformation of Building Layers’的论文中找到。该论文由Cheng Sun等人共同撰写。

连续光固化技术

最早发布连续光固化技术的公司是美国的Carbon，他们的CLIP（现在叫DLS）技术就是消除了3D打印过程中层与层之间的停顿时间，实现连续打印工艺，从而大幅提高了打印速度，这项技术在当时确实是颠覆式的。

CLIP技术速度是普通3D打印的25-100倍，达到了可实现大规模生产的水平。目前，该技术已经得到了相当规模的实际应用，比如运动巨头Adidas就正在使用它制造运动鞋Futurecraft 4D的中底。据南极熊了解，在实际生产中，Carbon的设备并没有按照最大的速度来生产，而是照顾到实际生产质量的要求，调到了一个相对慢但更稳定的速度来生产。

△CLIP技术核心原理，凭借能够透过氧气的透氧膜形成的死区，实现连续拉升

国内也出现了几家快速光固化的3D打印公司，比如清锋时代、UNIZ等。

△清锋时代极速连续3D打印技术(3D-Fab)打印过程

编译自：3dprintingindustry