无需折射率匹配液、AI辅助校正畸变,新型VAM工艺突破批量生产瓶颈

打印派   2026-03-24 10:03:51

韩国蔚山国立科学技术研究院(UNIST)的研究人员开发出一种基于液滴的体积增材制造(VAM)新方法,实现了单个零件在1分钟内完成打印、循环间隔仅需不到3秒的连续生产。相关研究成果发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)期刊。

传统体积增材制造技术——计算轴向光刻(CAL)虽能通过旋转树脂与计算光场一次性固化整个三维体积,避免了传统层叠工艺的速度瓶颈,但其实际操作仍存在短板:需要手动装卸树脂瓶、使用折射率匹配液防止光学畸变,以及打印后物理取出固化件,这些步骤极大限制了该技术的批量生产效率。

无需折射率匹配液、AI辅助校正畸变,新型VAM工艺突破批量生产瓶颈

UNIST团队提出的DVAM(基于分配的体积增材制造)方案将移液管末端形成的悬挂液滴作为临时打印腔。树脂由注射器供给至硼硅酸盐玻璃移液管,在尖端形成悬挂液滴;442纳米激光二极管通过数字微镜器件(DMD)将计算后的光图案投射至旋转的液滴上,数秒内选择性固化目标几何形状。固化后,工件在重力和表面张力作用下脱离液滴,沉积至下方移动基板,注射器随即形成新的液滴,进入下一循环。

由于无需使用折射率匹配液,液滴表面的弯曲空气-树脂界面会产生透镜效应,使有效曝光直径压缩至目标尺寸的约66%。研究团队开发了实时逆向光线追踪算法,通过CCD相机图像估算液滴径向轮廓,并计算补偿投影图案,实现均匀剂量传递。液滴几何形状检测采用基于YOLO架构的AI框架自动完成,该模型经再训练后可在不同照明和液滴形态下逐帧跟踪树脂边界。

实验显示,在每秒24度旋转速度和折射校正启用条件下,DVAM系统在约10分钟内连续完成了10个不同几何形状的打印,包括晶格结构、空心金字塔、拱形、象棋棋子、埃菲尔铁塔和字母等。通过X射线显微计算机断层扫描和Jaccard指数(打印件与原始CAD模型的体积重叠度)评估打印精度:校正后立方体和金字塔的Jaccard得分分别为92.18%和88.93%,而未校正时仅为55.89%和52.04%;包含孔洞和负特征的结构精度提升最为显著。当前原型的最小可重现特征尺寸约为150微米。

研究团队指出,旋转液滴的残余横向摆动(平均约25微米,峰值接近50微米)是导致精细特征圆角化的主要原因,未来将通过改进机械稳定性和平台对准进一步提升几何精度。


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