作者：汪婕舒 | Jieshu Wang | 本文首发于机器之心
硅谷公司Carbon3D最近公布了一种全新的3D打印技术，能在液体中直接、持续而迅速地打印，颠覆了过去几十年来逐层堆叠的3D打印方式，速度提高了25～100倍，并能打印许多前所未有的几何形状。
上面这段视频很酷吧？没错，据说他们正是从《终结者2》液态机器人T-1000那里获得的灵感。
这种新技术称为 CLIP（Continuous Liquid Interface Production），登上了3月20日Science杂志封面。
《Science》杂志封面
Carbon3D公司成立于2013年，创始人都来自美国北卡罗来纳大学，CEO是教堂山分校的化学工程教授Joseph M. DeSimone，CTO是Alex Ermoshkin，还有同样也是化学工程教授的Edward T. Samulski。这家公司目前从红杉资本获得了4000万美元的投资。DeSimone还在3月16日的TED上演讲，介绍这项新技术。
目前的3D打印存在很多问题，比如速度太慢，表面粗糙。这是由于，普通的3D打印实际上是「2D打印」，一般使用液态树脂逐层堆叠，也就是说，打印好一层后，等待它固化，再进行下一层打印，然后层间黏合在一起。每层的边缘之间往往不能完全光滑过度，因此整体看起来较为粗糙。
这两个问题在Carbon3D开发的CLIP技术面前迎刃而解。 CLIP不仅速度提高了几十倍，并且表面光滑细腻。那么，CLIP技术的原理是什么呢？
CLIP的原理与光固化技术很相似，利用的是光敏树脂在一定波长紫外线作用下会产生聚合反应、从而固化的性质。但它还利用了另一个性质：氧气会抑制光敏树脂的固化。二者的平衡就是CLIP技术成功的关键。
秘诀就在于CLIP打印机的水槽底部（如下图）。水槽底部有一个窗口，其特殊之处在于，既能透过氧气，又能透过紫外线，因此称为「透氧窗口」（Oxygen Permeable Window）。水槽中装有液态光敏树脂，水槽下方有一个紫外线投射仪。氧气会抑制光敏树脂的固化过程，因此，水槽底部的液态树脂由于接触氧气而成为固化的「盲区」（dead zone），始终保持着液态，形成一层液态薄膜（约2～3个红细胞厚度）。这层薄膜不能透过氧气，但能透过紫外线，因此上层处于低氧状态的液态树脂就可以在紫外线的作用下固化。这样，就不会有固化的树脂黏在底板上。随着打印平台往上升，更多低氧状态的树脂被吸到底部，打印过程可以持续而迅速的进行，就像从液体中“生长”出来一样，而不需要像传统的方法那样分层固化。
CLIP打印机示意图
由于打印速度加快了，固化过程变得连续，因此表面非常光滑。
放大130倍的电子显微镜照片。左边是采用CLIP打印的表面，右边是普通3D打印的表面。
Carbon3D的工程师还声称，CLIP技术可以打印非常精细的物品，精度小于20微米，与丙烯酸纤维或者一张纸的1/4厚度相当。这种技术为扩展3D打印适用的材料范围提供了蓝图，比如合成橡胶、硅氧树脂、尼龙、陶瓷和可降解生物材料等，这是目前的3D打印技术望尘莫及的。
DeSimone说：「除了可以采用新材料以外，CLIP技术还能打印出强度更高、形状独特的物体，这是其他技术做不到的，比如根据病人个体情况量身定做的心脏支架。由于CLIP打印速度很快，只需要几分钟，而不是几小时或者几天，有可能再过几年，我们就能随时打印出个性化的冠状动脉支架、牙种植体或假肢，以满足医疗的需求。」
有人可能会问，CLIP和目前已有的光固化技术（SLA，stereolithography）有何不同？二者的不同点在于，SLA技术中，有一束紫外线激光在液态树脂中逐点扫描出每层的轮廓，而CLIP是将整个横截面投射在水槽底部。
SLA技术是一束紫外激光逐点扫描出每层的轮廓
那么，CLIP究竟有多快呢？据Carbon3D的工程师说，他们可以在6.5分钟内打印出一个直径2英寸（约5厘米）的几何球，如文章开头视频中演示的那样。而打印同样的几何球，SLA技术需要花11.5小时，另一种3D打印技术SLS（选择性激光烧结，selective laser sintering）需要花上3.5小时，FDM（熔融沉积式，Fused deposition modeling）需要花3小时。
几种3D打印技术的速度比较
目前，Carbon3D正在完善这项全新的技术，希望今年年底能推出商用的CLIP打印机。
Reference
- J. R. Tumbleston, D. Shirvanyants, N. Ermoshkin, R. Janusziewicz, A. R. Johnson, D. Kelly, K. Chen, R. Pinschmidt, J. P. Rolland, A. Ermoshkin, E. T. Samulski, J. M. DeSimone. Continuous liquid interface production of 3D objects. Science, 2015; DOI: 10.1126/science.aaa2397
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- Amanda Kooser. “Terminator-style 3D printing grows objects from a pool of liquid: Carbon3D shows off a fascinating liquid-resin process that bypasses the typical layering approach of 3D printing.” 17 March 2015. <http://www.cnet.com/news/terminator-style-3d-printing-grows-objects-from-a-pool-of-liquid/>