DLP-SLA混合光固化3D打印技术

2022年10月7日，南极熊获悉，阿姆斯特丹大学（UVA）已同意将其专利混合立体光刻（SLA）技术授权给数字光处理（DLP）3D打印机制造商atum3D。

这种混合SLA工艺由UVA大学的Van 't Hoff分子科学研究所开发，它结合了面曝光DLP和点曝光SLA技术，能够大规模地生产具有高分辨率特征的部件。阿姆斯特丹大学表示，该技术一旦商业化，可用于解决医疗研发需求，如创建组织支架或具有临床研究用途的微流体装置。

△阿姆斯特丹大学校园。图片来自UVA

atum3D的DLP 3D打印组合

atum3D总部位于荷兰的高达市，专门从事DLP技术的开发，旨在解决系列制造应用。该公司的主要产品围绕着DLP Station5-405、DLP Station 5-365 EXZ和DLPStation 5-405 EXZ，这些3D打印机的构建量最大为192 x 108 x 450毫米。

由于其强大的405纳米LED光引擎和100微米x、y分辨率的光学器件，atum3D表示这些系统能够实现 "速度、精度和一致性的新水平"。这些平台也是开放材料，因此用户可以选择最适合他们需求的第三方树脂，而atum3D的固化站旨在帮助用户实现整个生产过程的自动化。

利用atum3D的技术，用户已经能够制造出从汽车到医疗的部件，像Spentsys公司就开发了病人专用的骨科设备。为了促进其产品在尽可能多的垂直领域的部署，该公司还发布了专门的 "升级包"，其中包括新手需要的一切。

△通过混合立体光刻技术3D打印晶格结构。图片来自UVA。

一种混合SLA和DLP的光刻技术

据混合SLA方法背后的UVA团队称，目前基于树脂的3D打印技术通常能够实现高分辨率或高速生产，但很少有人能够同时提供这两种技术。为了改变这种情况，研究人员开发了一种新的工艺，在DLP投影仪上使用复合成像来实现低分辨率图案。

混合立体光刻利用复合成像，其中使用DLP（数字光处理）投影仪实现大规模，低分辨率的图案。为了创建微观特征，用户可以在这些层中安装预定义的光掩模图案。更重要的是，在层之间切换光掩模图案可以创建三维重复的微特征。该方法可以在传统的DLP 3D打印机中实施，只需稍作修改。材料包括目前使用的立体光刻，但也包括复合材料，例如陶瓷或含金属的光聚合物。该方法已通过原理验证设置并进行了演示，从而制造出特征尺寸小于10μm的打印部件。然而，研究人员表示其理论分辨率限制要低得多。

△范特霍夫（Van 't Hoff）分子科学研究所

为了评估这项工艺的潜在医疗应用，研究人员还利用它创建了一个血管连接处的细胞支架和一个微流控设备。虽然前者已被证明有足够长的时间来促进细胞生长，并包含有50微米的孔隙，但后者包括200微米的通道和20微米的限制，旨在促进临床研发期间的流体操作。atum3D的首席技术官兼创始人特里斯特拉姆·布德尔（Tristram Budel）则期望在这些初步成果基础上更进一步。他设想打印一个全尺寸的心脏支架，具有受控的多孔结构，只需不到一天的时间即可生产出来。肾脏只需要四分之一的时间。根据Budel的说法：“由于该技术的可扩展性，建立一个能够可靠和可控地生产器官支架的生产设施成为一种真正的可能性。打印的器官支架还不是一个活的器官，在生产出真正的植入式器官之前，还需要更多的工作和研究，但我认为这绝对是一个值得重新审视3D打印技术的契机。“

在获得UvA光刻工艺的授权后，atum3D现在计划将其与自己的DLP工艺相结合，以解决医疗以及超材料和半导体开发领域的问题。该公司的工业级光固化技术将强大的紫外线及其辐射热集成在真空室中，以实现卓越的性能。在没有氧气的环境中进行后固化的能力大大提高了速度，并有助于优化精度和最终材料性能。总体而言，atum3D的光固化技术及设备具有以下特点：

• 后固化效果更佳，速度提高 10 倍：固化站提供所有三个关键后固化因素中最好的：紫外线、热和氧气。关键的实际优势是双重的：速度和准确性。在没有固化抑制氧的情况下，树脂后固化过程显着加速。辐射热增加了聚合物树脂的迁移率，进一步提高了后固化反应的速度和完整性。
• 精度高，失真少，细节清晰：高强度紫外线与真空环境中的热量相结合，使固化站能够比其他后固化解决方案更彻底地对印刷部件进行后固化。所有三个关键变量都可以由用户在单个自动固化预设中独立控制，这使得固化站成为一种非常通用的设备。
• 强大的紫外线照明：固化站产生45瓦广谱紫外光的总辐射功率。28个紫外线灯均匀分布在零件周围的360度，从各个角度产生均匀的曝光。强大的灯光还对腔室内的部件具有辐射热固化效果。缺氧会产生比大气压更完整的反应。
• 一键式预设的完全控制：触摸屏界面允许用户完全自定义自动固化预设。真空、压力、紫外线剂量、脱气时间和冷却时间可以在每个工艺步骤中单独控制。通过在预设中结合一系列后续步骤，固化站允许根据树脂特性和应用要求创建任何可以想象的固化过程。
• 大容量：凭借其 282 x 395 x 275 mm 的容量，固化站甚至可以对较大的零件进行后固化。易于拆卸的硼硅酸盐板允许为作业选择最佳设置。您是否希望使用多层设置在单次运行中对许多较小的零件进行后固化，或者通过移除顶板并利用整个内部高度来修复多个较大的物体？
• DLP 设备整体解决方案：后固化在任何整体3D打印应用解决方案中都起着重要作用。现在，可以使用操作台软件方便地创建打印作业，使用 DLP 站快速准确地打印任何树脂中的零件，彻底清洁我们一个清洁站中的结果，并在我们最先进的固化站中将零件后固化到其最终规格。
  

△atum3D的DLP解决方案

因此，atum3D公司表示，UvA的混合光刻技术可以应用于常规的DLP系统，只需稍作修改，而且该公司已经在与UvA的初始客户合作，为其开发实际的使用案例。Tristram Budel说："我们认为，将我们目前的DLP技术与这项新技术结合起来，会产生一个改变游戏规则的平台。它带来了市场上从未见过的可能性：将大尺寸的分米级打印技术与微米级的特征结合起来，而且所有这些都只需几个小时。"

其他混合光刻技术

尽管混合DLP-SLA 3D打印机远非行业规范，但这两种技术的结合已有先例。AXTRA3D在去年年底发布了混合型PhotoSynthesis 3D打印技术，其目的是在同一台机器上利用SLA、DLP和LCD的优势，以实现完全各向异性的部件生产。

△AXTRA3D发布的混合型PhotoSynthesis 3D打印技术

在其他地方，In-Vision等公司继续致力于快速DLP技术的研究，其分辨率比前代产品有所提高。今年早些时候，In-Vision的 "阿凡达 "光引擎被推出，具有原生4K能力，允许用户固化更大的材料区域，并以高光学性能进行移动曝光。