高分辨率3D打印分層制造

供稿人:魏超 李滌塵

為了解決使用高分辨率（雙光子聚合）打印大尺寸結構費時的不足，來自西班牙馬拉加大學計算機系的團隊開發(fā)了一種新的切片算法以減少打印時間。此算法使用兩種或兩種以上的體素類型（不同尺寸和形狀）來定義切片，基本原理是從低分辨率到高分辨率反復地從三維結構中切出一些可以在每個分辨率下打印的部分。

此算法可應用于固定層厚分層和自適應層厚分層。算法的核心思想如圖1所示，使用兩種不同的體素類型（代表兩種分辨率）進行分層，綠色代表高分辨率，紅色代表低分辨率。把兩種分層進行求交，重疊的部分即可用低分辨率快速打印，未重疊的部分也是突出或邊角特征的地方使用高分辨率打印保持形貌特征。

圖1 多分辨率分層制造切片算法的簡化二維示例

圖2 三個零件的分層示例

文中選擇三種零件（如圖2）進行算法驗證，為簡單起見，選擇兩種體素類型，大尺寸是小尺寸的二位，所以理論加速比就是2倍。實驗進行三組：采用兩種分辨率打印，只采用高分辨率和只采用低分辨率。通過觀察顯微結構，只采用低分辨率的樣本表面質量非常差，不予考慮。將采用兩種分辨率打印和單純使用高分辨率過程進行對比，結果如表1所示。實驗表明采用多種分辨率可以顯著減少打印時間，如果分辨率范圍變化更大，將會取得更大的加速比。

多分辨率分層制造可以大幅減少打印時間，有可能將雙光子聚合(TPP)應用于許多學科，如微流體、超材料或潤濕性研究。

表1 打印結構信息

參考文獻：
Fernandez J D, De Coninck J. Multiresolution layered manufacturing[J]. Rapid Prototyping Journal. 25(2019)87-94.

供稿人:魏超 李滌塵 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室