利用激光全息圖在幾秒鐘內(nèi)創(chuàng)建出3D打印物體 無(wú)需分層

如何在幾秒鐘內(nèi)創(chuàng)建復(fù)雜的3D打印物體，而不是幾小時(shí)或幾天？由勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家和工程師小組已經(jīng)開發(fā)出一種使用全息圖激光器在液體樹脂罐內(nèi)幾秒鐘內(nèi)制造完整物體的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程被稱為立體3D打印，該工藝克服了傳統(tǒng)增材制造的許多限制。

增材制造也被稱為“3D打印”，它有望使原型制造和制造業(yè)發(fā)生革命性的變化，但目前還存在局限性。傳統(tǒng)的3D打印通過(guò)分層打印物體來(lái)工作。這個(gè)過(guò)程使得原型能夠比機(jī)械加工更快地生產(chǎn)出來(lái)，并且它可以在一個(gè)單元中制造出非常復(fù)雜的形狀，而不是由幾個(gè)較簡(jiǎn)單的單元構(gòu)成。然而，這樣的過(guò)程仍然需要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間才能完成，并且在打印物體時(shí)，可能需要臨時(shí)結(jié)構(gòu)等來(lái)支撐它，直到完成為止。

這項(xiàng)最新的技術(shù)由LLNL與加州大學(xué)伯克利分校，羅切斯特大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員共同開發(fā)，立體打印取代分層，同時(shí)創(chuàng)建整個(gè)物體。這是通過(guò)使用三束重疊的激光照射在一個(gè)塑料樹脂充滿的全息圖樣式的透明水箱中實(shí)現(xiàn)的。單一光束短時(shí)間照射不足以在短時(shí)間內(nèi)固化樹脂，但是將三個(gè)激光器組合起來(lái)可以在十秒鐘左右引起固化。在物體形成之后，將多余的樹脂排出以顯示整個(gè)單元。

LLNL研究員Maxim Shusteff表示：“事實(shí)上，您可以一步完成3D零件，這確實(shí)能夠克服增材制造中的一個(gè)重要問(wèn)題。我們?cè)噲D同時(shí)打印一個(gè)3D形狀，這篇論文的真正目的是要問(wèn)，‘我們是否可以一次完成任意的3D形狀，而不是逐層地將各部分拼合在一起？’事實(shí)證明我們可以。”

立體印刷不僅更快更加靈活，而且不需要臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，甚至提供了更多的幾何靈活性。到目前為止，它已被用于創(chuàng)建正方形，橫梁，平面，任意角度的支柱，格子和復(fù)雜的彎曲物體。

然而，研究小組指出，形狀復(fù)雜程度目前存在限制，因?yàn)槌掷m(xù)的照射會(huì)導(dǎo)致不需要的液態(tài)樹脂部分固化。LLNL工程師Chris Spadaccini表示：“這是下一代增材制造可能的展示。大多數(shù)3D打印和增材制造技術(shù)都是由一維或二維單元操作組成。這項(xiàng)技術(shù)使得制造過(guò)程成為一個(gè)完全3D的操作，這是以前沒有完成過(guò)的，如果順利對(duì)生產(chǎn)量的潛在影響可能是巨大的。”

該研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。