郭一璞 問(wèn)耕 假裝發(fā)自 凹非寺

來(lái)源：量子位QbitAI

  傳統(tǒng)的3D打印，像往蛋糕上擠奶油一般，照著目標(biāo)的樣子，一層一層擠出來(lái)。不光動(dòng)作慢，而且外表粗糙，產(chǎn)品表面總有橫躺的一根一根的痕跡。

  這實(shí)在太不完美了。但現(xiàn)在，一份剛剛發(fā)表在Science上的研究提供了全新的3D打印技術(shù)：將液體材料注入燒杯。

  以光為刀，簡(jiǎn)單照射。

  需要打印的物體就在水中出現(xiàn)。

  而且，打印出來(lái)的思想者雕塑，整體圓潤(rùn)，表面光滑，全然不見(jiàn)那些參差的表面紋理。

憑空光刻

  而利用光聚合反應(yīng)，能夠合成任意的幾何形狀，開(kāi)頭出現(xiàn)的神奇一幕，就是通過(guò)這個(gè)原理最終完成了3D打印。

研究人員為此開(kāi)發(fā)了一種計(jì)算軸向光刻（CAL）方法。

  CAL制造系統(tǒng)能夠選擇性的固化容器內(nèi)的光敏液體（甲基丙烯酸酯明膠水凝膠）。這個(gè)系統(tǒng)把一組二維圖像，從不同的角度投射出來(lái)，這種多角度的曝光疊加，可以讓光敏液體固化成所需要的幾何形狀。

  以打印“思想者”雕像為例，整套系統(tǒng)大體上就是下面這個(gè)樣子。

  光從一個(gè)商用的DLP投影儀里射出，投向一個(gè)中間持續(xù)旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，里面裝有光敏液體。在不到一分鐘的時(shí)間里，思想者就在液體里逐漸成型了。這個(gè)系統(tǒng)的核心就是CAL算法。

  還是以“思想者”為例，想要真正完成打印并不容易。首先得進(jìn)行三維模型的重建，包括2D的傅里葉變換。然后還得針對(duì)光敏液體的劑量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)劃等等。

其中涉及的公式之一如下：

  這些參數(shù)包括材料充分凝固的臨界劑量、樹脂的光學(xué)吸收系數(shù)、容器的旋轉(zhuǎn)速率徑向投影強(qiáng)度、光敏材料的衰減等等。

快速靈活

  之前提到，普通的3D打印，主要是通過(guò)逐層堆疊一維或者二維單元的方式完成，但這種方法的速度有限，而且降低了表面質(zhì)量，有可能導(dǎo)致機(jī)械性能的各向異性。

  速度快是這套系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)之一，而且還能使用不同的材料完成打印。

  在“思想者”這個(gè)案例中，在不同的精度和材料條件下，打印時(shí)間為30-120秒。這套系統(tǒng)的最高精度，目前可以達(dá)到0.3毫米。

  能打印的東西種類很多。

  比方復(fù)雜度很高的牙科模型、晶格結(jié)構(gòu)。還有飛機(jī)模型、水晶球等……

  打印出來(lái)的物體甚至可以具備彈性。

甚至還能在已有物體上打印，譬如為一個(gè)螺絲刀桿，打印一個(gè)刀把。

  在打印過(guò)程中，還涉及氧氣抑制、光場(chǎng)干涉、3D空間和2D投影之間的轉(zhuǎn)換匹配等問(wèn)題。不過(guò)好在CAL算法支持.stl文件，可以廣泛支持此前3D打印的CAD模型。

  與此前的Carbon3D相比，這套系統(tǒng)是一次性整體成型。而且在論文中作者表示，這套技術(shù)還能用于更大尺寸的3D打印。

  這份研究的作者Brett E. Kelly、Indrasen Bhattacharya和Hossein Heidari來(lái)自UC伯克利和美國(guó)勞倫斯利佛摩國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

  論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/30/science.aau7114