體積3D打印技術(shù)再次取得重要突破，借助微波光源，兼容更多材料，實(shí)現(xiàn)更大尺寸模型的打印。

與現(xiàn)有的基于光固化的SLA、LCD和DLP 3D打印技術(shù)不同，體積3D打印（VAM），又稱“計(jì)算軸向光刻”，是一種全新的光固化3D打印方法。該技術(shù)的關(guān)鍵在于材料、旋轉(zhuǎn)和投影儀的結(jié)合，最大特點(diǎn)是不需要逐層堆積材料，而是通過從不同角度將光圖像投射到透明樹脂的三維空間中，經(jīng)過多次曝光后，物體在樹脂槽內(nèi)迅速成型并固化。

早在2017年，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）便推出了這項(xiàng)瞬時(shí)光刻技術(shù)，通過全息光場在幾秒內(nèi)制造出完整的3D形狀。但這項(xiàng)技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)。樹脂需要具備光學(xué)透明性或低吸收率，以便紫外線能夠穿透至樹脂中心，限制了材料的選擇范圍；此外，打印尺寸相對(duì)較小，僅限于打印厘米范圍內(nèi)的物體。

如今，LLNL的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了迭代，開發(fā)出一種名為“微波體積增材制造（MVAM）”的新型3D打印工藝。通過微波能量來固化材料，這項(xiàng)技術(shù)大大擴(kuò)展了可用材料的范圍。在《Additive Manufacturing Letters》期刊上發(fā)表的一篇論文中，LLNL的研究人員展示了微波相比傳統(tǒng)光學(xué)VAM技術(shù)在穿透更多材料方面的潛力，而且擁有更大的成型尺寸。

研究表明，微波能量能夠深入材料內(nèi)部，使其特別適合固化不透明樹脂及添加復(fù)合材料的樹脂。項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者Saptarshi Mukherjee和材料化學(xué)家Johanna Schwartz指出，這種技術(shù)有望顯著提升3D打印的多功能性，能夠制造出更復(fù)雜、性能更優(yōu)的部件，甚至是大尺寸的零件。

Mukherjee表示，MVAM技術(shù)將徹底改變?cè)霾闹圃斓恼J(rèn)知，尤其是在航空航天、汽車和核能等行業(yè)，這些領(lǐng)域的部件雖然幾何形狀簡單，但體積龐大且需要快速成型。MVAM能夠滿足這種需求。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了微波束多物理計(jì)算模型，以優(yōu)化能量傳輸和固化時(shí)間，同時(shí)更好地控制打印過程中的熱量。通過實(shí)驗(yàn)，研究人員驗(yàn)證了模型的有效性，并成功展示了微波固化多種材料的能力，包括光學(xué)半透明和不透明的環(huán)氧樹脂。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人振奮：使用現(xiàn)有40瓦的微波設(shè)備，樹脂固化僅需約2.5分鐘，而模擬結(jié)果顯示，若功率提升至1千瓦，固化時(shí)間可縮短至6秒。這種速度接近家用微波爐的水平，極大加快了生產(chǎn)效率，并為制造大尺寸部件鋪平了道路。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功打印出幾毫米至20毫米不等的結(jié)構(gòu)，并預(yù)計(jì)未來有望擴(kuò)展至米級(jí)尺寸。

Schwartz補(bǔ)充道，微波增材制造技術(shù)突破了傳統(tǒng)光學(xué)VAM對(duì)于材料透明度的限制，能夠使用更多種類的材料，重新定義“可打印”材料的范圍。Mukherjee則表示，研究人員正在開發(fā)基于波束成形算法的天線陣列系統(tǒng)，尤其關(guān)注陶瓷材料，這些材料難以通過傳統(tǒng)VAM打印，但在高溫高壓等環(huán)境中有重要應(yīng)用。

這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景不可小覷，其快速高效固化多種材料的能力將對(duì)航空航天、汽車和醫(yī)療行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，制造商可以一次性打印出具有集成功能的復(fù)雜組件，如傳感器或?qū)щ娐窂健?br />

隨著MVAM技術(shù)的不斷發(fā)展，研究團(tuán)隊(duì)期望未來的天線陣列系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提升固化效率，加速大規(guī)模生產(chǎn)，并能處理更多種類的材料。不過，當(dāng)前仍面臨降低設(shè)備成本的挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來的研究中進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)，并探索如何將該技術(shù)推向工業(yè)應(yīng)用。

Mukherjee表示，高功率微波設(shè)備的成本目前仍較高，千瓦級(jí)脈沖微波放大器的價(jià)格在5萬至10萬美元之間。研究團(tuán)隊(duì)正在尋找方法自行設(shè)計(jì)或制造部分電路和硬件，以降低成本，進(jìn)而證明該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

在LLNL的新研究之外，我們之前還報(bào)道過洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的Christophe Moser教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，他們?cè)凇豆猓合冗M(jìn)制造》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于體積螺旋增材制造（VHAM）技術(shù)的研究。

這項(xiàng)技術(shù)利用德州儀器的DLP7000芯片，通過精確的螺旋運(yùn)動(dòng)和多次光劑量積累，使樹脂在幾次上下循環(huán)后固化，避免了放大投影圖案的需求，同時(shí)可以制造出更大尺寸的物體。

如果說以上技術(shù)仍處于研究階段，那么總部位于德國的3D打印初創(chuàng)公司Xolo GmbH已經(jīng)成功將體積3D打印商業(yè)化。早在2021年，該公司推出了“xube”，這被認(rèn)為是首款商用體積3D打印機(jī)。而在去年2月，Xolo還獲得了800萬歐元的A輪融資，繼續(xù)推動(dòng)體積3D打印技術(shù)的發(fā)展。

此外，除了體積3D打印被視為下一代光固化3D打印的未來之外，離心式3D打印也是值得關(guān)注的新技術(shù)。據(jù)資源庫了解，位于加州的3D打印初創(chuàng)公司Fugo Precision 3D剛剛發(fā)布了全球首臺(tái)離心式3D打印機(jī)——Fugo Model A。這款打印機(jī)采用離心技術(shù)，以每分鐘1毫米的速度在圓柱形構(gòu)建腔內(nèi)進(jìn)行打印，并配備了20個(gè)激光器，確保打印件在各個(gè)方向上均能達(dá)到高精度。

事實(shí)上，國內(nèi)3D打印的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在應(yīng)用端，但我們同樣期待更多的3D打印創(chuàng)新型原創(chuàng)技術(shù)能夠率先在國內(nèi)出現(xiàn)。只有這樣，我們才能擁有更加完整的3D打印生態(tài)鏈，同時(shí)在全球3D打印領(lǐng)域中占據(jù)更具競爭力的地位。

當(dāng)然，我們國內(nèi)在光固化技術(shù)上也有不少突破。此前，摩方精密發(fā)布了復(fù)合精度光固化3D打印技術(shù)，其核心在于組合并自由切換多精度的3D打印光學(xué)系統(tǒng)。低精度鏡頭適用于快速打印大幅面的樣件，而高精度鏡頭則專注于打印極其微小的特征，從而有效解決了固定精度對(duì)打印效率的限制。

體積3D打印技術(shù)再次取得重要突破，借助微波光源，兼容更多材料，實(shí)現(xiàn)更大尺寸模型的打印。

與現(xiàn)有的基于光固化的SLA、LCD和DLP 3D打印技術(shù)不同，體積3D打印（VAM），又稱“計(jì)算軸向光刻”，是一種全新的光固化3D打印方法。該技術(shù)的關(guān)鍵在于材料、旋轉(zhuǎn)和投影儀的結(jié)合，最大特點(diǎn)是不需要逐層堆積材料，而是通過從不同角度將光圖像投射到透明樹脂的三維空間中，經(jīng)過多次曝光后，物體在樹脂槽內(nèi)迅速成型并固化。

早在2017年，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）便推出了這項(xiàng)瞬時(shí)光刻技術(shù)，通過全息光場在幾秒內(nèi)制造出完整的3D形狀。但這項(xiàng)技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)。樹脂需要具備光學(xué)透明性或低吸收率，以便紫外線能夠穿透至樹脂中心，限制了材料的選擇范圍；此外，打印尺寸相對(duì)較小，僅限于打印厘米范圍內(nèi)的物體。

如今，LLNL的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了迭代，開發(fā)出一種名為“微波體積增材制造（MVAM）”的新型3D打印工藝。通過微波能量來固化材料，這項(xiàng)技術(shù)大大擴(kuò)展了可用材料的范圍。在《Additive Manufacturing Letters》期刊上發(fā)表的一篇論文中，LLNL的研究人員展示了微波相比傳統(tǒng)光學(xué)VAM技術(shù)在穿透更多材料方面的潛力，而且擁有更大的成型尺寸。

研究表明，微波能量能夠深入材料內(nèi)部，使其特別適合固化不透明樹脂及添加復(fù)合材料的樹脂。項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者Saptarshi Mukherjee和材料化學(xué)家Johanna Schwartz指出，這種技術(shù)有望顯著提升3D打印的多功能性，能夠制造出更復(fù)雜、性能更優(yōu)的部件，甚至是大尺寸的零件。

Mukherjee表示，MVAM技術(shù)將徹底改變?cè)霾闹圃斓恼J(rèn)知，尤其是在航空航天、汽車和核能等行業(yè)，這些領(lǐng)域的部件雖然幾何形狀簡單，但體積龐大且需要快速成型。MVAM能夠滿足這種需求。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了微波束多物理計(jì)算模型，以優(yōu)化能量傳輸和固化時(shí)間，同時(shí)更好地控制打印過程中的熱量。通過實(shí)驗(yàn)，研究人員驗(yàn)證了模型的有效性，并成功展示了微波固化多種材料的能力，包括光學(xué)半透明和不透明的環(huán)氧樹脂。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人振奮：使用現(xiàn)有40瓦的微波設(shè)備，樹脂固化僅需約2.5分鐘，而模擬結(jié)果顯示，若功率提升至1千瓦，固化時(shí)間可縮短至6秒。這種速度接近家用微波爐的水平，極大加快了生產(chǎn)效率，并為制造大尺寸部件鋪平了道路。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功打印出幾毫米至20毫米不等的結(jié)構(gòu)，并預(yù)計(jì)未來有望擴(kuò)展至米級(jí)尺寸。

Schwartz補(bǔ)充道，微波增材制造技術(shù)突破了傳統(tǒng)光學(xué)VAM對(duì)于材料透明度的限制，能夠使用更多種類的材料，重新定義“可打印”材料的范圍。Mukherjee則表示，研究人員正在開發(fā)基于波束成形算法的天線陣列系統(tǒng)，尤其關(guān)注陶瓷材料，這些材料難以通過傳統(tǒng)VAM打印，但在高溫高壓等環(huán)境中有重要應(yīng)用。

這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景不可小覷，其快速高效固化多種材料的能力將對(duì)航空航天、汽車和醫(yī)療行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，制造商可以一次性打印出具有集成功能的復(fù)雜組件，如傳感器或?qū)щ娐窂健?br />

隨著MVAM技術(shù)的不斷發(fā)展，研究團(tuán)隊(duì)期望未來的天線陣列系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提升固化效率，加速大規(guī)模生產(chǎn)，并能處理更多種類的材料。不過，當(dāng)前仍面臨降低設(shè)備成本的挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來的研究中進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)，并探索如何將該技術(shù)推向工業(yè)應(yīng)用。

Mukherjee表示，高功率微波設(shè)備的成本目前仍較高，千瓦級(jí)脈沖微波放大器的價(jià)格在5萬至10萬美元之間。研究團(tuán)隊(duì)正在尋找方法自行設(shè)計(jì)或制造部分電路和硬件，以降低成本，進(jìn)而證明該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

在LLNL的新研究之外，我們之前還報(bào)道過洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的Christophe Moser教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，他們?cè)凇豆猓合冗M(jìn)制造》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于體積螺旋增材制造（VHAM）技術(shù)的研究。

這項(xiàng)技術(shù)利用德州儀器的DLP7000芯片，通過精確的螺旋運(yùn)動(dòng)和多次光劑量積累，使樹脂在幾次上下循環(huán)后固化，避免了放大投影圖案的需求，同時(shí)可以制造出更大尺寸的物體。

如果說以上技術(shù)仍處于研究階段，那么總部位于德國的3D打印初創(chuàng)公司Xolo GmbH已經(jīng)成功將體積3D打印商業(yè)化。早在2021年，該公司推出了“xube”，這被認(rèn)為是首款商用體積3D打印機(jī)。而在去年2月，Xolo還獲得了800萬歐元的A輪融資，繼續(xù)推動(dòng)體積3D打印技術(shù)的發(fā)展。

此外，除了體積3D打印被視為下一代光固化3D打印的未來之外，離心式3D打印也是值得關(guān)注的新技術(shù)。據(jù)資源庫了解，位于加州的3D打印初創(chuàng)公司Fugo Precision 3D剛剛發(fā)布了全球首臺(tái)離心式3D打印機(jī)——Fugo Model A。這款打印機(jī)采用離心技術(shù)，以每分鐘1毫米的速度在圓柱形構(gòu)建腔內(nèi)進(jìn)行打印，并配備了20個(gè)激光器，確保打印件在各個(gè)方向上均能達(dá)到高精度。

事實(shí)上，國內(nèi)3D打印的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在應(yīng)用端，但我們同樣期待更多的3D打印創(chuàng)新型原創(chuàng)技術(shù)能夠率先在國內(nèi)出現(xiàn)。只有這樣，我們才能擁有更加完整的3D打印生態(tài)鏈，同時(shí)在全球3D打印領(lǐng)域中占據(jù)更具競爭力的地位。

當(dāng)然，我們國內(nèi)在光固化技術(shù)上也有不少突破。此前，摩方精密發(fā)布了復(fù)合精度光固化3D打印技術(shù)，其核心在于組合并自由切換多精度的3D打印光學(xué)系統(tǒng)。低精度鏡頭適用于快速打印大幅面的樣件，而高精度鏡頭則專注于打印極其微小的特征，從而有效解決了固定精度對(duì)打印效率的限制。