iCLIP新技术 | 将3D打印速度再提高10倍，可打印多材料、高粘度树脂

除材料喷射技术外，紫外光固化液态树脂3D打印被描述为已经历了三代产品发展：第一代是立体光刻技术（SLA），采用激光逐点扫描单一材料液态树脂；第二代被称为数字光投影技术（DLP、LCD等），使用投影实现图案的层曝光成形；第三代为连续液面制造技术（CLIP等），通过不同的窗口配置实现高达3000毫米/小时连续不间断制造，比传统光固化技术高25-100倍。

Carbon革命性的连续液面制造技术（CLIP）于2015年推出，依赖所谓dead zone的氧阻聚效应，该技术不会导致成形层与树脂槽的黏连，因而可以连续无间断打印。

CLIP技术能够生产各向同性部件，在汽车、消费品等领域的应用已经证明其适合大批量和高分辨率制造。然而，CLIP技术的成形速度仍然明显慢于注塑成型，即便只能打印低粘度树脂，但当树脂流过成型区时也会有严重的传质限制，粘附力需要延迟时间来平衡压力。这些力也限制了打印尺寸，从润滑理论分析，打印零件的半径越大，粘附力越大。

Dead zone是限制CLIP技术打印速度的关键。随着固体部分的上升，液体树脂填充其间，实现平滑、连续打印。但如果部件上升太快或树脂特别粘稠，树脂可能填充不及时进而影响打印效果。

斯坦福大学的研究人员在连续液面制造技术的基础上，采用注射（Injection）的方式进行材料供给，加上连续液面制造的实质，研究人员将该技术称之为iCLIP。

使用树脂注射填充的iCLIP的新方法，研究人员在上升平台的顶部安装了注射泵，能够在关键点添加树脂。斯坦福大学机械工程博士生、主要作者Gabriel Lipkowitz表示，CLIP技术中的树脂流动是一个非常被动的过程，机器只是将部件拉起，并希望吸力将材料带到需要的区域。而通过这项新技术，可以更主动的将树脂注入打印机需要的区域。

iCLIP材料注射过程

文章显示，研究人员首先通过CAD软件在零件上设计了微流控管道，通过这些管道将将树脂注入相应区域。来自注射的正压力能够显著降低粘附力，并能够消除基于CLIP的常见缺陷。同时，树脂注入管道能够显著降低吸力，从而极大提高iCLIP的打印速度。测量发现，通过一条中央管道注入树脂，可以观察到最大可实现打印速率比CLIP增加了5到10倍。

与传统的CLIP相比，将管道集成到零件中会影响iCLIP的分辨率，但通过仔细的设计策略，可以将影响降至最低。在必须包含管道的零件区域中，特征分辨率确实会下降到最小可实现的通道直径，之后才会出现诸如毛细管塌陷或通道固化等问题。实际上，这些微通道并不需要设计到零件的所有区域，其他零件区域仍然保持了CLIP技术的高分辨率。因此，新的技术实现了更高的打印速度和特征分辨率之间的折衷。

除了速度上的优势，iCLIP还有两个重要特点：提高了可打印树脂的粘度上限，还可以支持多种树脂同时打印。研究发现，在相同打印速度和零件面积下，iCLIP能够打印比CLIP高出一个数量级粘度的树脂。因此，iCLIP在高通量和高粘度3D打印之间也取得了重要进展。

同时打印多种材料对于除材料喷射外的立体光刻3D打印技术来说从未商业化使用，然而高度个性化的人体防护、可穿戴电子设备和功能分级材料对此有潜在应用。通过单独注入树脂，iCLIP提供了在打印过程中使用多种树脂进行打印的机会。研究人员用多达三种不同的注射器对打印机进行了测试，每个注射器都装有染成不同颜色的树脂，成功用各国国旗的颜色打印了几个国家的著名建筑模型，包括乌克兰国旗、蓝黄相间的圣索菲亚大教堂以及美国红白蓝相间的独立厅。

在材料性能方面，通过适当的后处理，所设计的微通道对最终零件的机械性能不会产生不利影响。在这项研究中，中央管道内的树脂在打印后会通过UV光固化来密封。实际测试的效果显示，CLIP和iCLIP打印的拉伸样条没有表现出机械性能的差异。

能够打印具有多材料或机械特性的部件是3D打印技术的重要进步，除上述提到的潜在用途外，其应用还涉及光学和传感等领域。在成功证明iCLIP具有使用多种树脂打印的潜力后，研究人员正在开发软件，以优化每个打印件的流体分配设计。他们希望确保设计师能够很好地控制树脂类型之间的界限，并有可能进一步加快打印过程。