《Additive Manufacturing》：易搭建的体积3D打印机

来源： 浙江工业大学激光先进制造研究院

增材制造技术，作为原型与定制零件生产的革命性力量，已深刻转型了制造领域。尽管如此，材料挤出及光固化等主流工艺仍面临诸如生产周期冗长及分层构造固有的瑕疵等挑战。计算轴向光刻（CAL）作为一种创新的体积增材制造技术应运而生，其凭借整体成型的特点，显著缩短了打印时间并提升了制品表面光洁度，有效缓解了传统三维打印中诸如阶梯缺陷和长时间作业的弊病。然而，CAL的应用受限于其复杂的光学配置，这不仅阻碍了新技术及材料的快速集成，亦大幅增加了设备的准入门槛。

近期，科研人员致力于通过计算光线追踪技术优化CAL投影过程，摒弃了对平行光的依赖，转而采用精确模拟光束路径并通过树脂容器的策略，以此提升分辨率并推动工艺进步。尽管这类革新已证实其高效与高精度，其高昂的购置成本—特别是与传统3D打印机相比，成为了普及的障碍。对于依赖数字微镜装置（DMD）的传统DLP打印技术而言，成本问题同样显著，但掩模立体光刻（MSLA）技术的出现，借助LCD屏幕动态调制光束以生成打印图案，为此类应用提供了一个更为经济的选择。

图1. LCD-CAL打印流程及打印设置示意图。

图 2. LCD面板的强度-灰度关系图，以及理论透明度水平与实测输出强度的修正关系图。

图3. 不同优化算法对未优化( a-b-c )、ZDO ( b-e-f )和OSMO 经过20次迭代后得到的投影( g-h-i )的比较。

图4. 经ZDO（b，e，g）和OSMO（c，f，h，i）优化后的DPPA树脂与AESO生物基树脂打印的LCD-CAL零件实物图。

弗莱堡大学的研究团队率先整合了CAL技术的核心优势与MSLA的经济实用性，引入了LCD-CAL概念，实现了一种利用LCD屏幕进行打印物件断层扫描重构的创新方案。这种方式不仅极大降低了CAL技术的获取难度，还加速了技术迭代与新应用的开发，同时维持了高速打印及复杂结构构建的能力，为低成本桌面体积型三维打印领域铺设了新的路径。此外，针对LCD-CAL系统，专门开发了丙烯酸酯基与大豆油基树脂材料，并通过光流变学与光吸收分析进行了特性评估。通过该系统成功打印出多种复杂的三维结构，充分验证了其作为用户友好且成本效益显著的体积三维打印解决方案的广阔前景。

相关研究成果以题为“ An easy-to-build, accessible volumetric 3D printer based on a liquid crystal display for rapid resin development”发表在《Additive Manufacturing》上。