范徐瑜 梁海弋,†,

*(中国科学技术大学近代力学系,合肥 230027)

† (中国科学技术大学先进技术研究院−安徽春谷增材制造联合实验室,合肥 230088)

引言

增材制造是一项具有革命意义的新兴制造技术,被誉为决定未来经济的十二大颠覆技术之一[1],在工业界与学术界有广泛的应用前景,如生物医疗[2-5]、航天航空[6-7]、机器人技术[8-9]、智能传感器[10-11]、结构设计[12-13]以及微流控芯片[14-15]等.数字化光处理(digital light processing,DLP)立体成型技术是树脂光固化增材制造最重要的一类成型方式之一,与其他方式相比,其具有较高的成型速度与成型精度[16-17].DLP 成型利用自由基光聚合的原理,通过逐面曝光、固化、分离再填充的往复循环过程,层层累加最后形成三维实体,实现由面至体的成型过程.Tumbleston 等[18]基于DLP 成型原理提出了CLIP 技术,采用高透氧的特氟龙膜(Teflon AF 2400)作为树脂槽底的透明窗口,利用氧阻聚的原理,使已固化成型部分与窗口之间保持一层厚度达数十微米的未固化液膜薄层(dead zone),从而避免了固化层与窗口的黏连,实现了高速连续固化成型,将打印速度进一步提高到每小时百毫米,其原理如图1(a)所示.然而,由于高黏度的树脂导致的液膜薄层的巨大吸附力限制了成型速度的进一步提高,强行提高速度后液膜将出现空泡并发生破裂,导致样品缺陷甚至引起打印失败[19-20].

图1 (a) DLP 成型原理和(b)多物理场模型Fig.1 Schematic diagram of (a) DLP 3D printer and (b) multiphysical model

为了提高DLP 光固化成型速度,国内外学者从树脂槽成型窗口和打印工艺等方面做了大量研究与改进.Wu 等[21]受猪笼草……