3D打印新技术：球是怎

经过这几年的普及，人们对3D打印技术早已不再感到陌生。不过，最近网络上流行的几个有关3D打印的演示动图似乎显得格外酷炫而特别：在五颜六色的液体中，埃菲尔铁塔、“富勒烯”形状的空心球体等模型像变魔术一样被从液面上“拉”了出来：

这些神奇的动图都出自最近发表在《科学》（Science）上的一篇有关3D打印技术的研究论文[1]。这种新技术显然也征服了期刊的编辑，在期刊封面上都出现了这个从液体中打印出来的“倒立铁塔”的身影。那么，这种液体3D打印技术究竟有什么过人之处？球和塔又是怎么从液体里“拉”出来的呢？

液体如何变固体？

把相对容易流动的液体材料变成固体，这种思路其实并不新鲜，硫化橡胶就是这种材料加工方式的典型例子。那么，固化的过程是如何发生的呢？下面，就让我们来看图说话：

小球怎么被“拉”出来？

在从液体里“拉”出固体的3D打印技术当中，活化固化剂的方式从热压变成了光，所以这种技术被称为立体光固化成型（Stereo lithography Appearance，SLA）。这里所用到的液体材料被称为光敏树脂，一般是环氧树脂或不饱和聚酯等掺杂一些对特定波长敏感的光引发剂制成的。这类技术本身也并不是什么新生事物了，它的历史可以追溯到1984年[2]。

CLIP：更快、更光滑

而这次的论文展示的是一种名叫连续液态界面制造（Continuous Liquid Interface Production，CLIP）的改良技术，从本质上讲，它也是立体光固化技术的一种。但作为登上《科学》封面的新技术，它绝不仅仅是这么简单。CLIP技术不仅可以稳定地提高3D打印速度，同时还可以大幅提高打印精度。这种新型的CLIP技术制作一个普通模型所需要的时间只有短短几分钟，与传统方法相比快了几十倍。而且，它还可以相对轻松地得到无层面（layerless）的打印制品（参见下图）。与传统光固化技术相比，CLIP带来的这种改变可以堪称是革命性的。

在此前，解决这一问题的方法主要是降低固化速度，在树脂完全固化之前移动底板，使部分固化的树脂与透光板脱离接触，新的低粘度树脂会补充到原来的位置，然后再开始下一层的固化。但这样一来，打印速度就无法有效提高了。

除了快，CLIP系统也提高了3D打印的精度，而这一点的关键还也在“死区”上。传统的SLA技术在打印换层的时候需要拉动尚未完全固化的树脂层，为了不破坏树脂层的结构，每个单层切片都必须保证一定的厚度来维持强度。而CLIP的固化层下面接触的是液态的“死区”，不需要担心它与透光板粘连，因此自然也更不容易被破坏。于是，树脂层就可以被切得更薄，更高精度的打印也就能够实现了。

这样的方法听起来很简单，不过为了让它顺利工作，研究人员们也进行了相当复杂的计算与调试。通过合适的打印条件和原料液配方控制，困扰3D打印技术已久的高速连续化打印问题在CLIP技术中被完全克服，这是高分子学科工程史上一次融合应用的创举，登上《科学》封面确实当之无愧。

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