【南極熊3D打印文化】CLIP：連續(xù)液界制造技術

CLIP：連續(xù)液界制造技術

連續(xù)液界制造技術，也就是CLIP技術（ContinuousLiquid Interface Production），由北卡羅來納大學教堂山分校化學教授、Carbon3D的CEO約瑟夫·德西蒙尼（JosephM. DeSimone）與他的同事兼Carbon3D的首席技術官亞歷克斯·葉爾莫什金（Alex Ermoshkin）以及北卡羅來納大學的化學教授愛德華·薩穆爾斯基（Edward T. Samulski）合作發(fā)明。正是基于此技術，他們獲得了2.55億元風投，成立了Carbon公司。

為了幫助大家更好地理解CLIP技術的原理，先跟大家說說什么是丙烯酸酯的氧阻聚效應。之前我們提到過，光敏樹脂分為丙烯酸酯和環(huán)氧樹脂兩大類。在光照下，丙烯酸酯類樹脂容易受到氧氣的影響，導致固化失敗。而環(huán)氧樹脂類的光敏樹脂沒有氧阻聚效應，不會受到氧氣的影響。我們看到很多桌面級SLA打印機的光源位于樹脂槽下方，每固化一層，打印平臺會向上移動。這是因為固化層沒有氧氣的介入，使用丙烯酸酯打印的SLA物品成功率更高。

CLIP技術就是基于傳統(tǒng)的桌面級SLA技術，并且利用了丙烯酸酯的氧阻聚效應：使用一種透明透氣的特氟龍膜作為樹脂槽底部，供光和氧氣通過。由于氧阻聚效應，進入樹脂槽的氧氣會抑制離底部最近的一部分樹脂固化，形成幾十微米厚的“盲區(qū)”（dead zone）。同時，紫外光會固化盲區(qū)上方的光敏樹脂。也就是說固化的打印件并沒有像傳統(tǒng)的SLA打印機那樣黏在樹脂槽底部，所以打印時無需緩慢剝離，從而可以可以做到連續(xù)打印，實現(xiàn)比普通光固化快10倍到100倍的打印速度。

CLIP工作原理示意圖

CLIP技術利用了通常人們希望避免的氧阻聚效應，從而達到了突破性的打印速度。但是這也限制了其只能使用丙烯酸酯類的光敏樹脂，而無法利用到環(huán)氧類光敏樹脂的優(yōu)勢。同時，CLIP連續(xù)打印沒有刮刀涂覆的步驟，這就要求光敏樹脂黏度低，有較好的流動性，因此對CLIP技術使用的光敏樹脂提出了更高的要求。

CLIP打印技術過程

傳統(tǒng)的SLA技術采用逐層固化、層層疊加的方式來構造三維物體，層與層之間需中斷光照射，然后在已固化區(qū)域表面重新覆蓋光敏樹脂，再進行光照射形成新的固化層，這種方式相對來說比較耗時。CLIP技術最重要的兩個優(yōu)勢，一個是之前提到的打印速度，比傳統(tǒng)的3D打印機要快10倍到100倍；另一個是分層理論上可以無限細膩：傳統(tǒng) 3D 打印需要把 3D 模型切成很多層，這就決定了粗糙無法消除，而連續(xù)液面生產模式在底部投影的光圖像可以做到連續(xù)變化，在工藝上與澆筑零件更為相似。如下圖所示，右邊傳統(tǒng)的3D打印物體因為層狀結構，抗剪切性能很差；而CLIP技術制造的物體表面細膩，在實際應用中少了很多顧慮。

顯微鏡下CLIP技術(左)與傳統(tǒng)SLA 3D打印（右）對比

根據(jù)CLIP技術的發(fā)明人DeSimone教授介紹，利用CLIP技術制造出來的產品具有更強大的機械特性，這種技術首次實現(xiàn)了高彈性或高阻尼系數(shù)的彈性體，利用其可以進行振動控制實驗或者制作高彈性的運動鞋。

CLIP技術制造的物體（左）具有更好的彈性表現(xiàn)

CLIP技術開啟了創(chuàng)新的新領域，比較有前景的是個性化醫(yī)療，例如針對病人定制心臟支架、冠狀動脈支架，傳統(tǒng)需要幾小時甚至幾天的制造時間，CLIP技術只需要十幾分鐘就能完成打印任務。除了健康保健和醫(yī)療，也包括其它重大行業(yè)，包括汽車和航空。

我們了解到，美國的德西蒙尼CLIP技術實驗室現(xiàn)在正在進行彈性體、聚硅酮、類似尼龍的材料、陶瓷和生物可降解材料的研發(fā)。而在2016年年底開始，國內已經有企業(yè)和研究所開發(fā)出了這種技術。2017年3月，在國內已經有商業(yè)化CLIP打印機亮相。

CLIP技術的發(fā)明所帶來的真正意義是什么？眾所周知，現(xiàn)今世界的納米制造技術已經非常尖端了，摩爾定律已經讓我們能夠制作10微米甚至更小的物體，但是人類在10到1000微米的中等尺度范圍內制造物體還是非常困難的。當我們的3D打印技術達到非常精密的時候，卻能夠達到驚人的效果。3D打印的技術突破，會像多米諾骨牌一樣，將為人類帶來新的傳感技術、新的藥物傳輸技術、芯片技術等真正的革命性產物。今后我會慢慢為大家普及這些全新的技術。

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