《Nature》论文:创业公司xolo开发出双色体积3D打印方法

3D打印新品
2021
01/11
11:21
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2021年1月11日,南极熊获悉,《Nature》杂志上发表了一篇题为 "Xolography for linear volumetric 3D printing "的论文,文章中介绍了德国柏林Aldershof科技园的研究团队开发的一种新型双色体积式3D打印方法。
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这种名为xolography的新型体积打印工艺,由创业公司xolo的创始人Dirk Radzinski与IRIS Aldershof化学家Stefan Hecht和物理学家Martin Regehly一起负责。据称,新工艺解决了传统树脂打印中的三个 "严重限制":速度、表面质量和材料特性。
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Radzinski说:"这是体积打印的开始,与每一项新技术一样,它需要一些时间来发展。但考虑到现在的发展速度,考虑到我们只用了有限的时间来开发这项技术,只有几个人,我真的很期待体积3D打印的未来。"

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△科学家们通过xolography技术3D打印的球,图片来自Dirk Radzinski/xolo

体积式3D打印

体积式3D打印被认为是增材制造方法的下一个趋势,从所有空间方向同时打印,在几秒钟内产生整个物体。这种方法已经出现了一段时间,近年来这项技术取得了一些进展。
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2017年,来自美国一系列大学的研究人员展示了一种体积3D打印的方法,而最近体积3D打印已被用于构建基于过氧化物基的太阳能电池板。

乌得勒支大学医学中心(UMC)和洛桑联邦理工学院(EPFL)之间的合作开发了一种体积式3D生物打印工艺,以创建自由形态的组织结构。

Xolography是如何工作的?

Xolography是一种双色体积式3D打印工艺,与立体光刻技术一样,利用光固化光刻胶。然而,在立体光刻技术中,当光投射到装有树脂的大桶中时,会沿着整个光路进行固化,而Xolography工艺则需要两种不同波长的光来聚合。蓝光和红光相交并同时与树脂中的双色光引发剂相遇,就会发生固化。
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到目前为止,科学家们已经通过成功3D打印一个球、一个芭蕾舞演员、一个 "思想家 "雕像、一个板凳,甚至一个牙科模具来证明他们的方法。

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△体积数字化制造,(a、d、g、j)3D模型,(b、e、h、k)打印物体的照片,(c、f、i、l)和后处理前的照片,图片来自《Nature》

Xolography与传统3D打印方法的比较

据Radzinski介绍,xolography有三个主要的显著特点,有别于其他利用光固化光聚合物的树脂3D打印技术。首先,由于构建板没有移动,而且在下一个部件固化之前不需要完成聚合,因此xolography工艺的速度明显加快。

其次,由于工艺速度快,同时又能保持较高的打印分辨率,通过xolography打印的零件表面异常光滑。科学家们的论文指出,xolography的分辨率可以达到以前所有已知的体积打印工艺的10倍,目的是在不需要抛光的情况下打印光学级部件,这是目前现有技术无法实现的壮举。
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第三个主要区别涉及xolography工艺中使用的打印材料,Radzinski说,这些材料具有 "巨大的潜力",可以显示出制造中所需要的特性。Xolography使用高粘性树脂,这在立体光刻技术中是不可能的,因为树脂必须在构建板和打印窗口之间快速流动。更加粘稠的树脂拥有更长的分子链,这使得科学家们能够生产出更加坚韧和耐用的物体。
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Radzinski补充道:"使用普通的树脂打印机,你需要一个支撑结构来固定你的对象。在容积式打印中,树脂可以支撑物体。"
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△通过xolography 3D打印的牙科模具,图片来自 Dirk Radzinski/xolo

潜在的应用

Xolography非常适合打印尺寸在10厘米左右的小尺寸物体,Radzinski将牙科或助听器市场中的模型尺寸视为这种工艺的潜在 "完美 "应用。光学市场的自由形态镜片、光导体,特别是无法通过注塑生产的光学设计,也是科学家们感兴趣的领域。

Radzinski说,目前,xolography的应用在整个航空航天和汽车市场都很少见,因为在树脂的体积中打印非常大的物体是没有意义的,尽管在汽车领域偶尔会有尺寸较小的物体的使用案例。xolography方法的多功能性意味着科学家们可以打印硬的和软的物体,这可能对未来的光学、流体和生物医学设备的制造有重大影响。

Radzinski提出:"在材料光谱的另一端是打印水凝胶,这项技术有很大的前景,可以在组织工程中生物打印支架,并在更遥远的未来有可能打印器官。"

关于xolography方法的更多细节可以在《Nature》杂志上发表的题为 "Xolography for linear volumetric 3D printing "的论文中找到。该论文由M. Regehly、Y. Garmshausen、M. Reuter、N. König、E. Israel、D. Kelly、C. Chou、K. Koch、B. Asfari和S. Hecht共同撰写。
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目前,xolo已经制造出基于这项技术的3D打印机。
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技术参数
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编译自:3dprintingindustry


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