高分辨率3D打印分层制造

供稿人:魏超 李涤尘

为了解决使用高分辨率（双光子聚合）打印大尺寸结构费时的不足，来自西班牙马拉加大学计算机系的团队开发了一种新的切片算法以减少打印时间。此算法使用两种或两种以上的体素类型（不同尺寸和形状）来定义切片，基本原理是从低分辨率到高分辨率反复地从三维结构中切出一些可以在每个分辨率下打印的部分。

此算法可应用于固定层厚分层和自适应层厚分层。算法的核心思想如图1所示，使用两种不同的体素类型（代表两种分辨率）进行分层，绿色代表高分辨率，红色代表低分辨率。把两种分层进行求交，重叠的部分即可用低分辨率快速打印，未重叠的部分也是突出或边角特征的地方使用高分辨率打印保持形貌特征。

图1 多分辨率分层制造切片算法的简化二维示例

图2 三个零件的分层示例

文中选择三种零件（如图2）进行算法验证，为简单起见，选择两种体素类型，大尺寸是小尺寸的二位，所以理论加速比就是2倍。实验进行三组：采用两种分辨率打印，只采用高分辨率和只采用低分辨率。通过观察显微结构，只采用低分辨率的样本表面质量非常差，不予考虑。将采用两种分辨率打印和单纯使用高分辨率过程进行对比，结果如表1所示。实验表明采用多种分辨率可以显著减少打印时间，如果分辨率范围变化更大，将会取得更大的加速比。

多分辨率分层制造可以大幅减少打印时间，有可能将双光子聚合(TPP)应用于许多学科，如微流体、超材料或润湿性研究。

表1 打印结构信息

参考文献：
Fernandez J D, De Coninck J. Multiresolution layered manufacturing[J]. Rapid Prototyping Journal. 25(2019)87-94.

供稿人:魏超 李涤尘 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室