科学家们发布“复制器”,可以瞬间3D打印出整个物体

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和加州大学伯克利分校的研究人员已经发布了一种3D打印机,它可以一次打印出整个物体,而不是像典型的增材制造设备那样一层一层地制造出来。

这台3D打印机被发明者戏称为“复制器”——以《星际迷航》中可以按需制造任何物体的设备命名——它利用光线在短短几分钟内将粘稠的液体变成复杂的固体物体。此外,它可以创建比传统3D打印机更平滑、更灵活、更复杂的对象。它将一个标准投影仪和一个装有液体的旋转小瓶结合起来,这种液体在光照下会变硬。


研究人员使用新的3D打印技术创建了罗丹的《思想者》模型。

这种新型3D打印机的灵感来自于医学的计算机断层扫描技术,x射线从不同的角度投射到人体,以揭示骨骼或组织的几何形状。研究人员推翻了这一原则——他们不是测量一个物体,而是创造了一个。


“复制器”3D打印机。

这个过程被称为计算轴向光刻(CAL),它从一个计算机辅助设计(CAD)模型开始。研究人员利用投射出来的光子来照亮这种类似糖浆的树脂,在瓶子旋转的过程中,就会产生一个不断变化的投影视频。投影在每个角度计算,研究人员运行一个优化算法,结果是一系列图像出现在一个旋转的视频投影,可以播放的速率调整到树脂瓶的旋转。就像反过来做的CT扫描,投影结合在一起形成一个悬浮在树脂中的三维物体。几分钟后,3D结构出现,研究人员停止曝光,排出未固化的液体,只留下成品。通过使用投影仪而不是多束激光,研究人员展示了他们可以在树脂旋转时将1440种不同的投影(在三维空间中每度4束)投射到树脂中。


研究人员研制出一种稠稠的糖浆状液体,当暴露在一定的光照阈值下时,它会变硬成固体。

该3D打印树脂由液体聚合物与光敏分子和溶解氧混合而成。光激活光敏化合物消耗氧气。只有在氧气耗尽的3D区域,聚合物才会形成“交联”,将树脂从液体转化为固体。未使用的树脂可以在氧气环境中加热回收,泰勒说。

到目前为止,该团队已经使用这种新型打印机创造了许多不同的物体,从罗丹的“思想者”雕像的微型模型到定制的颌骨模型。目前,他们可以制作直径达4英寸的物体。

“这是我们第一次不需要一层一层地构建定制3D部件,”布雷特凯利(Brett Kelly)说。他是这篇论文的第一作者之一,在加州大学伯克利分校(UC Berkeley)和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)共同工作时完成了这项工作。“它让3D打印真正实现了三维。”研究人员说,这项技术有可能改变从假肢到眼镜镜片的设计和制造方式。

重要的是,它还可以用新材料来包装已经存在的对象。例如,研究人员在树脂中放置螺丝刀轴,然后用3D打印机制作手柄。


加州大学伯克利分校的研究人员使用一种新的基于光的3D打印技术在螺丝刀轴上增加了一个手柄。

泰勒说:“我认为,这是一种能够更大规模定制物品的途径,无论是假肢还是跑鞋。”“事实上,你可以从另一个制造过程中提取金属部件或其他东西,并添加可定制的几何形状,我认为这可能会改变产品的设计方式。”

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