斯坦福大学新研究：动态优化连续液体界面打印技术，获得跨尺度精细结构

导读：在增材制造中，保持高打印速度的同时获得微小复杂的三维聚合物结构一直是一个挑战。为了实现聚合物材料在微米长度尺度上的打印精度，大多数3D打印技术都采用了选择了牺牲打印速度的打印方法。那么有没有可能获得打印又快又精确的复杂模型呢？斯坦福大学的研究者们给出了答案。

2022年4月，南极熊获悉，斯坦福大学的研究者们发表了一项题为《Characterization of a 30 μm pixel size CLIP-based 3D printer and its
enhancement through dynamic printing optimization 》（《基于CLIP的30微米像素大小的3D打印机的特性，并通过动态打印优化增强其性能》）的研究，实现了。研究者们利用CLIP打印系统和动态优化相结合，快速制造了精细的梯形微针阵列和微晶格结构，让我们看看他们的具体研究吧！

连续液体界面生产（CLIP）
在3D打印技术中，连续液体界面打印技术（CLIP）是一种具有高度可扩展性、高打印速度、先进的树脂打印技术、高精度和更好地控制物体表面粗糙度的技术。CLIP技术的核心是创造连续的液体界面，即死区。死区是由持续的氧气供应（由一种光聚合抑制剂提供）来创造和维持的，这种氧气通过树脂底部的高透氧性窗口送入。然后树脂根据切片信息由光源进行固化。CLIP相比于其他3D打印技术有巨大的优势。

△高分辨3D打印技术的比较


△实验过程示意图和设备

动态打印
研究人员使用一个具有30微米分辨率的连续液体界面生产（CLIP）的3D打印系统，打印聚合物微结构。为了探索30微米分辨率的CLIP 3D打印机的参数可控性，研究人员首先进行了动态打印研究，逐层改变曝光时间，观察了打印效果。在三维垂直分辨率实验中，研究人员观察到在固定的紫外光强度下，需要对曝光时间进行微调，以获得接近原始设计的打印结果。这一观察结果指导研究人员为每个曝光层分配优化的曝光时间和紫外线强度，在一次打印中实现各种支杆宽度制造的可能性（可以同时打印不同尺寸量级的支柱）。与传统的静态3D打印方法（对所有层使用相同的打印参数）相比，动态3D打印对每个层使用最佳打印参数，以实现接近原始设计的3D打印结构，例如下图的金字塔打印模型。

△静态打印和动态打印的比较

动态三维打印被证明能够显著提高打印性能，并且能够解决传统静态打印无法解决的三维微结构的精细特征。 动态打印可以最终导致 "智能3D打印"，为未来的智能打印奠定基础。智能打印流程：(1）用各种打印参数校准树脂，（2）3D结构的STL分析算法（3）分配每层的自动打印参数

研究人员指出CLIP技术与30微米分辨率的投影透镜系统相结合，能够实现二维和三维中30微米的最小可打印特征。通过在一次打印中动态优化打印参数，能够成功解决各种厚度跨越一个数量级（25-200微米）的悬垂支柱。为未来的智能打印提供了新思路。


△含有微细结构的打印模型

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102800