郭一璞 問耕 假裝發自 凹非寺

來源：量子位QbitAI

  傳統的3D打印，像往蛋糕上擠奶油一般，照著目標的樣子，一層一層擠出來。不光動作慢，而且外表粗糙，產品表面總有橫躺的一根一根的痕跡。

  這實在太不完美了。但現在，一份剛剛發表在Science上的研究提供了全新的3D打印技術：將液體材料注入燒杯。

  以光為刀，簡單照射。

  需要打印的物體就在水中出現。

  而且，打印出來的思想者雕塑，整體圓潤，表面光滑，全然不見那些參差的表面紋理。

憑空光刻

  而利用光聚合反應，能夠合成任意的幾何形狀，開頭出現的神奇一幕，就是通過這個原理最終完成了3D打印。

研究人員為此開發了一種計算軸向光刻（CAL）方法。

  CAL制造系統能夠選擇性的固化容器內的光敏液體（甲基丙烯酸酯明膠水凝膠）。這個系統把一組二維圖像，從不同的角度投射出來，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，整套系統大體上就是下面這個樣子。

  光從一個商用的DLP投影儀里射出，投向一個中間持續旋轉的系統，里面裝有光敏液體。在不到一分鐘的時間里，思想者就在液體里逐漸成型了。這個系統的核心就是CAL算法。

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

其中涉及的公式之一如下：

  這些參數包括材料充分凝固的臨界劑量、樹脂的光學吸收系數、容器的旋轉速率徑向投影強度、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，而且降低了表面質量，有可能導致機械性能的各向異性。

  速度快是這套系統的優勢之一，而且還能使用不同的材料完成打印。

  在“思想者”這個案例中，在不同的精度和材料條件下，打印時間為30-120秒。這套系統的最高精度，目前可以達到0.3毫米。

  能打印的東西種類很多。

  比方復雜度很高的牙科模型、晶格結構。還有飛機模型、水晶球等……

  打印出來的物體甚至可以具備彈性。

甚至還能在已有物體上打印，譬如為一個螺絲刀桿，打印一個刀把。

  在打印過程中，還涉及氧氣抑制、光場干涉、3D空間和2D投影之間的轉換匹配等問題。不過好在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，這套系統是一次性整體成型。而且在論文中作者表示，這套技術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來自UC伯克利和美國勞倫斯利佛摩國家實驗室。

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