3D打印CLIP 连续液界制造技术：颠覆性的光固化技术
本帖最后由 杰呈三维科技 于 2017-3-26 02:10 编辑2015年3月20日出版的《科学》杂志报道，美国北卡罗来纳大学的DeSimone教授带领的团队开发出了一种改进的光固化3D打印技术，称为“连续液体界面制造技术”（CLIP），这种技术可以将SLA技术的打印速度提高数十倍甚至上百倍。今天就为你来揭秘这种神奇的光固化技术。
连续液界制造技术，也就是CLIP技术（Continuous Liquid Interface Production），由北卡罗来纳大学教堂山分校化学教授、Carbon3D的CEO约瑟夫·德西蒙尼（Joseph M. DeSimone）与他的同事兼Carbon3D的首席技术官亚历克斯·叶尔莫什金（Alex Ermoshkin）以及北卡罗来纳大学的化学教授爱德华·萨穆尔斯基（Edward T. Samulski）合作发明。基于此技术，他们获得了2.55亿元风投，成立了Carbon公司。
为了帮助大家更好地理解CLIP技术的原理，先跟大家说说什么是丙烯酸酯的氧阻聚效应。之前我们提到过，光敏树脂分为丙烯酸酯和环氧树脂两大类。在光照下，丙烯酸酯类树脂容易受到氧气的影响，导致固化失败。而环氧树脂类的光敏树脂没有氧阻聚效应，不会受到氧气的影响。我们看到很多桌面级SLA打印机的光源位于树脂槽下方，每固化一层，打印平台会向上移动。这是因为固化层没有氧气的介入，使用丙烯酸酯打印的SLA物品成功率更高。
CLIP技术就是基于传统的桌面级SLA技术，并且利用了丙烯酸酯的氧阻聚效应：使用一种透明透气的特氟龙膜作为树脂槽底部，供光和氧气通过。由于氧阻聚效应，进入树脂槽的氧气会抑制离底部最近的一部分树脂固化，形成几十微米厚的“盲区”（dead zone）。同时，紫外光会固化盲区上方的光敏树脂。也就是说固化的打印件并没有像传统的SLA打印机那样黏在树脂槽底部，所以打印时无需缓慢剥离，从而可以可以做到连续打印，实现比普通光固化快10倍到100倍的打印速度。
CLIP工作原理示意图
CLIP技术利用了通常人们希望避免的氧阻聚效应，从而达到了突破性的打印速度。但是这也限制了其只能使用丙烯酸酯类的光敏树脂，而无法利用到环氧类光敏树脂的优势。同时，CLIP连续打印没有刮刀涂覆的步骤，这就要求光敏树脂黏度低，有较好的流动性，因此对CLIP技术使用的光敏树脂提出了更高的要求。
传统的SLA技术采用逐层固化、层层叠加的方式来构造三维物体，层与层之间需中断光照射，然后在已固化区域表面重新覆盖光敏树脂，再进行光照射形成新的固化层，这种方式相对来说比较耗时。CLIP技术最重要的两个优势，一个是之前提到的打印速度，比传统的3D打印机要快10倍到100倍；另一个是分层理论上可以无限细腻：传统 3D 打印需要把 3D 模型切成很多层，这就决定了粗糙无法消除，而连续液面生产模式在底部投影的光图像可以做到连续变化，在工艺上与浇筑零件更为相似。如下图所示，右边传统的3D打印物体因为层状结构，抗剪切性能很差；而CLIP技术制造的物体表面细腻，表现出良好的机械性能。
显微镜下CLIP技术(左)与传统SLA 3D打印（右）对比
根据CLIP技术的发明人DeSimone教授介绍，利用CLIP技术制造出来的产品具有更强大的机械特性，这种技术首次实现了高弹性或高阻尼系数的弹性体，利用其可以进行振动控制实验或者制作高弹性的运动鞋。
CLIP技术制造的物体（左）具有更好的弹性表现
CLIP技术开启了创新的新领域，包括航天、军工。比较有前景的是个性化医疗，例如针对病人定制心脏支架、冠状动脉支架，传统需要几小时甚至几天的制造时间，CLIP技术只需要十几分钟就能完成打印任务。
我们了解到，美国的德西蒙尼CLIP技术实验室现在正在进行弹性体、聚硅酮、类似尼龙的材料、陶瓷和生物可降解材料的研发。而在2016年年底开始，国内已经有企业和研究所开发出了这种技术。2017年3月，在国内已经有商业化CLIP打印机亮相。
CLIP技术的发明所带来的真正意义是什么？众所周知，现今世界的纳米制造技术已经非常尖端了，摩尔定律已经让我们能够制作10微米甚至更小的物体，但是人类在10到1000微米的中等尺度范围内制造物体还是非常困难的。而当我们的3D打印技术达到非常精密的时候，却能够达到惊人的效果。3D打印的技术突破，会像多米诺骨牌一样，将为人类带来新的传感技术、新的药物传输技术、芯片技术等真正的革命性产物。今后我会慢慢为大家普及这些全新的技术。
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