加拿大研究人员开发一种名为AE-VAM的全新自动曝光控制系统来提升3D打印效率

2025年5月20日，南极熊获悉，加拿大的国家研究委员会与维多利亚大学的研究团队开发了一种用于断层扫描体积增材制造 (VAM) 的全自动曝光控制系统。VAM 是一种利用旋转树脂槽内投射的光图案一次性制造完整物体的技术，可以一次性地制造出完整物体，大幅提升了制造过程的准确性和可重复性。

△AE-VAM系统示意图，该系统利用光散射测量实时确定最佳曝光终点

新系统被称为AE-VAM（自动曝光体积增材制造），它通过实时监控树脂内部的光散射来自动决定何时终止打印过程中的曝光。这一创新消除了之前手动调整的必要性，而手动调整一直是限制VAM技术一致性和商业可行性的关键因素。

为了展示AE-VAM系统的性能，研究人员进行了25次3DBenchy模型的打印测试。结果显示，AE-VAM实现了0.100毫米的平均RMS（均方根）表面偏差和0.053毫米的打印间偏差。特别值得注意的是，模型中的所有精细特征，包括盲孔、烟囱和底部文字，均被成功复制，且在某些关键方面超过了商用SLA和DLP系统的打印效果。

△这项研究的成果已经发布在arXiv上，题目为“自动曝光体积增材制造”（传送门）

VAM技术的崛起

断层扫描体积增材制造技术与传统3D打印技术的主要区别在于，VAM是一次性曝光整个树脂体积，而不是逐层进行。这种做法虽然能够提高打印速度并避免支撑结构的需要，但之前的实现方案由于树脂的重复使用和光扩散效应，导致曝光量难以预测，通常需要经验丰富的操作员频繁校准。

AE-VAM则通过采用简单的光学反馈系统解决了这一问题，新技术可以在固化过程中测量散射的红光。当测量到的信号达到预定的校准阈值时，紫外线照射会自动停止。研究人员指出，这使得这项工艺“不受几何形状的影响”，并且特别适合进行多部件组装的打印，如齿轮系统和螺纹部件。

AE-VAM打印的机械部件：一个功能齐全的¼-20螺钉和螺母，以及一个公差为50μm的齿轮组件。这些部件也可以与标准金属硬件配合使用

△AE-VAM打印的机械部件：一个功能齐全的¼-20螺钉和螺母，以及一个公差为50μm的齿轮组件。这些部件也可以与标准金属硬件配合使用

VAM技术迈入商业化

研究团队将AE-VAM与Formlabs Form 2、Form 3和Asiga PRO4K等商用系统进行了对比测试。虽然Form 2在精度上略胜一筹（0.081毫米RMS误差），但AE-VAM在小特征的复制和一致性方面表现更佳，尤其在树脂重复使用的情况下。新系统能够在不到一分钟的时间内打印出相同的3DBenchy模型，而最快的SLA系统需要超过8分钟。

研究人员强调：“AE-VAM的重复性和精度规格处于商用系统的测量范围内。”他们还指出，该系统能实现树脂的重复使用多达五次，且降解程度极低。研究团队预计，通过使用不同树脂对AE-VAM进行更广泛的测试，将有助于这项技术进一步接近商业化。该方法计算量小，适用于多种用途，并且只需少量操作员培训。

虽然这项研究未经同行评审，但已经显示出该技术能够实现免提打印，并且它的特征分辨率与市场上现有的立体光固化（SLA）和数字光处理（DLP）打印机相当甚至更高，同时打印速度最多可提升十倍。同时，这项研究受加拿大国家研究委员会"创意"项目资助。需特别说明的是，部分作者已被列为AE-VAM系统的临时专利发明人。