新的3D打印技术有可能改变从假肢到眼镜镜片的设计和制造方式

新的3D打印技术有可能改变从假肢到眼镜镜片的设计和制造方式

一种新的3D打印机利用光线在几分钟内将粘稠的液体变成复杂的固体。

3d打印机被发明者戏称为“复制器”(replicator)，以《星际迷航》(Star Trek)中可以按需实现任何物体的设备命名。与传统3d打印机相比，3d打印机可以创建更流畅、更灵活、更复杂的物体。它还可以用新材料来包装一个已经存在的物体——例如，在金属螺丝刀轴上增加一个把手——这是目前的打印机难以做到的。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。

研究人员认为这是一个路线更能够mass-customize对象,无论他们是假肢或跑步鞋，事实上，你可以从其他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。大多数3D打印机，包括其他基于光的技术，一层一层地构建3D对象。这导致了沿边缘的“阶梯”效应。由于可弯曲材料在打印过程中会发生变形，而且打印某些形状的物体(如拱门)需要支架，因此制造柔性物体也有困难。

这种新型打印机依赖于一种粘性液体，当接触到一定的光阈值时，这种液体会发生反应，形成固体。将精心制作的灯光图案——本质上是“电影”——投射到一个旋转的液体圆柱体上，“一下子”固化了想要的形状。基本上，你有一个现成的视频投影仪，我从家里带来的，然后你把它插到笔记本电脑上，用它来投影一系列的计算图像，同时一个马达转动一个圆柱体，里面有3d打印树脂，很明显，这其中有很多微妙之处——你如何制作树脂，最重要的是，你如何计算将要投影的图像，但创建这个工具的一个非常简单的版本的障碍并不高。

研究团队使用打印机创造了一系列的物品，从罗丹的“思想者”雕像的小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，它让3D打印真正实现了三维。

这种新型打印机的灵感来自于计算机断层扫描(CT)，它可以帮助医生定位体内的肿瘤和骨折。CT扫描从不同的角度将x射线或其他类型的电磁辐射投射到人体内。分析传输能量的模式可以揭示物体的几何形状。实际上，研究推翻了这一原则。试图创建一个物体，而不是测量一个物体，但实际上，许多能够做到这一点的基本理论，可以从计算机断层扫描的理论中翻译出来。

除了模式的光,这需要复杂的计算才能得到确切的形状和强度,另一研究人员面临的主要挑战是如何制定材料,保持液体暴露在一点点的光,但反应形成一个坚实的暴露在大量的光。人们不希望固化的液体当然是有光线穿过它，所以从液体到固体的转变需要有一个曝光阈值。

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，技术几乎不会产生任何材料浪费，而且未固化的材料是100%可重复利用的，这是免费3D打印的另一个优势。对象也不必是透明的。研究人员使用一种染料打印出看起来不透明的物体，这种染料能以固化波长传输光，但吸收大部分其他波长。它创造了一个新的立体或‘一次性’3D打印框架，我们近年来已经开始建立这个框架。希望这将为许多其他研究人员探索这一令人兴奋的技术领域开辟道路。