研究人員開發體積3D打印自動曝光系統，顯著提升打印精度和速度
時間：2025-05-21 09:09 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2025年5月20日，加拿大國家研究委員會和維多利亞大學的團隊開發了一種用于斷層掃描體積增材制造 (VAM) 的全自動曝光控制系統。VAM 是一種利用旋轉樹脂槽內投射的光圖案一次性制造完整物體的技術，自動曝光系統顯著提高了這項工藝的準確性和可重復性。研究結果以題為“Automatic exposure volumetricadditive manufacturing”的論文已發布在arXiv 上的一份未經同行評審的預印本上。這項技術能夠實現免提打印，特征分辨率與商用 SLA 和 DLP 打印機相當或更高，同時打印部件的速度最高可提高十倍。
新系統名為 AE-VAM（自動曝光體積增材制造），通過實時監控樹脂內部的光散射，自動終止打印過程中的曝光。這消除了手動調整的需要，而手動調整此前限制了 VAM 的一致性和商業可行性。研究人員通過打印25次廣泛使用的3DBenchy模型來演示他們的系統。AE-VAM實現了0.100毫米的平均RMS表面偏差和0.053毫米的打印間偏差。值得注意的是，所有精細特征，包括盲孔、煙囪和底部文字，均被成功復制，在某些關鍵方面優于商用SLA和DLP系統的打印效果。
△AE-VAM系統示意圖，利用光散射測量實時確定最佳曝光終點。圖片來自加拿大國家研究委員會/維多利亞大學的 Antony Orth 等人
從實驗室到潛在生產
斷層掃描VAM與傳統3D打印的不同之處在于，它一次性曝光整個樹脂體積，而不是逐層曝光。雖然這可以加快打印速度并消除支撐結構，但由于樹脂重復使用和光擴散，之前的實現方案存在曝光量難以預測的問題，通常需要經驗豐富的操作員并頻繁進行重新校準。AE-VAM 通過使用簡單的光學反饋系統來解決這個問題，可在固化過程中測量散射的紅光。當測量信號達到校準閾值時，紫外線照射會自動停止。據作者稱，這使得該工藝“不受幾何形狀的影響”，并且適用于多部件組裝打印，例如齒輪系統和螺紋部件。
邁向商業化 VAM
研究團隊將 AE-VAM 與Formlabs Form 2、Form 4 和 AsigaPRO4K 進行了對比測試。雖然 Form 2 的精度略高（0.081毫米 RMS 誤差），但 AE-VAM 在小特征復制和一致性方面表現更佳，尤其是在重復使用樹脂的情況下。打印系統在不到一分鐘的時間內打印出相同的 3DBenchy 模型，而最快的 SLA 系統則需要超過 8 分鐘。
作者寫道：“AE-VAM 的重復性和精度規格在商用系統的測量范圍內。” 并指出，它還能使樹脂重復使用多達五次，且降解程度極低。他們預計，使用不同樹脂對 AE-VAM 進行更廣泛的測試，可以使技術更接近商業化。研究團隊指出，這種方法計算量小，適用于通用用途，只需極少的操作員培訓。
這項工作由加拿大國家研究委員會的“創意計劃”（Ideation program）資助。多位作者被列為與打印系統相關的臨時專利的發明人。
△AE-VAM打印的機械部件：一個功能齊全的 ¼-20 螺釘和螺母，以及一個公差為 50 μm 的齒輪組件。這些部件也可以與標準金屬硬件配合使用。圖片來自 Antony Orth 等人，加拿大國家研究委員會/維多利亞大學。
體積 3D 打印在研究和工業領域發展勢頭強勁
近年來，體積增材制造 (VAM) 作為一種快速、無支撐的傳統分層 3D 打印替代方案，引起了越來越多的關注。此前，VAM 的進展包括Manifest Technologies（前身為 Vitro3D）推出的旨在實現商業應用的高速 P-VAM 評估套件，以及EPFL演示的使用體積技術進行不透明樹脂打印。
△胎壓監測系統（TPMS）帶測量功能。圖片來自 Manifest Technologies。
與此同時，烏得勒支大學的研究人員利用體積生物打印技術制造用于再生醫學的微型肝臟模型，倫敦大學學院則探索了快速載藥片劑的制造。最近，斷層掃描 VAM 的全息變體(TVAM) 顯示出縮短打印時間和提高光效率的潛力。這些發展凸顯了體積 3D 打印技術的廣泛適用性和不斷加快的創新步伐。
(責任編輯：admin)
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