誰說3D列印玩不出新把戲?Carbon3D的CLIP技術帶你極速狂印! | 智由博集

【自造者】誰說3D列印玩不出新把戲?CLIP技術讓你極速狂印!

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頭搖又尾擺,3D列印也唱極速!

今年三月左右,位於美國加州的Carbon 3D公司發表一種將對3D列印市場造成破壞式影響的3D列印技術-『CLIP (Continuous Liquid Interface Production)列印技術』,CLIP有別於其他3D列印技術,據Carbon 3D公司的說法,列印速度快於其他3D列印技術的25至100倍!也就是說,以前需要幾小時才能列印好的物件,若以CLIP技術只需僅僅數分鐘即可完成!如此突破性的技術,不僅讓筆者產生好奇心,到底為何CLIP技術可以「頭搖又尾擺地達到飄移境界」?

 

Carbon 3D的CLIP技術,究竟葫蘆裡藏著什麼?

其實,CLIP技術的機構與光固化成形(Stereolithography,簡稱SLA)技術相當類似, 而SLA技術,簡單來說是以紫外雷射對液態樹脂進行逐點掃描,使被掃描的樹脂薄層形成固化後,平台就將物件拉起並在次浸入液態樹脂中,使已經固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態樹脂,再一次的掃描固化,使新固化的一層液態樹脂黏合在前一層上,如此反覆堆疊就會完成物件列印。

那麼,CLIP技術的作動原理又是如何?CLIP技術同樣也是將紫外光(或可見光)照射至紫外線固化樹脂上,使紫外線固化樹脂形成固化,並由平台連續不斷地升高將物件不斷拉起,最後即成型為物件!疑惑的你可能會問:「既然作動原理相同,那麼它?」從下圖其實可以找出答案,決定性的關鍵就在那樹脂缸的底部具有一個『無氧作用區(Dead zone),白話一點稱〝死區〞』,及可以讓氧氣和紫外線通過的『透氧性窗口(Oxygen permeable windows)』。

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(Photo credit:HeatSync Labs@flickr CC BY SA 2.0.)

細究之下才知道,SLA技術進行固化時會受到光引發劑種類、光引發劑濃度、光照強度和照射時間等條件的影響,因為固化反應是發生在樹脂與透光板的交界面上,若為了加快列印速度(即固化速度)而加強光強度,則容易使物件黏著於透光板上,因此,習知解決方案係將物件於尚未完成固化時,將物件與透光板分離,使新的樹脂補充道原來位置上,再進行下一層固化,所以習知作法會大大影響列印速度!

反觀CLIP技術,由於所稱的無氧作用區非常的薄,且內部含有由透氧性窗口所提供的氧氣,因氧氣能有效阻止固化反應的發生,所以當物件脫離無氧作用區後,原本被抑制固化的部分此時就如同斷開鎖鍊的束縛,快速的形成固化反應,相較於SLA技術需小心翼翼的考慮固化速度,生怕物件黏著於透光板上,CLIP技術則可放膽地馬力全開,這也就難怪它能快25~100倍了!

 

從專利內容帶你解密這神秘的死區

看似神祕的無氧作用區,究竟如何形成?經筆者作專利檢索後,發現CLIP技術的相關專利應為美國發明專利公開案第US20150072293A1號「CONTINUOUS LIQUID INTERPHASE PRINTING」,這個專利是由Carbon 3D的CEO-Joseph M. DeSimonem等人以個人名義所申請。

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美國發明專利公開案第US20150072293A1號的示意圖
(圖片來源:USPTO)

從專利內容可知,所述的透氧性窗口即為示意圖中的滲透性結構層(Permeable build surface),它是由半透性氟聚合物、一剛性氣體可滲透聚合物與多孔玻璃材料所組成,由此可知,滲透性結構層具有一定的滲透性,因此,位於滲透性結構層下面的聚合反應抑製劑(Polymerization inhibitor)便可滲透至滲透性結構層,而聚合反應抑製劑因可有效抑制樹脂固化(例如氧氣),換言之,當聚合反應抑製劑滲透至滲透性結構層的另一側後,滲透性結構層會進一步將聚合反應抑製劑(氧氣)保留至樹脂與滲透性結構層之間,此時樹脂底部充滿聚合反應抑製劑的區域即形成為無氧作用區(死區)。

 

專利是否核准是未知數,但相關應用已如火如荼!

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(圖片來源:Carbon 3D官方網站)

列印速度如此快,且物件細緻度又更高的CLIP技術,勢必會讓3D列印市場造成震撼!而Carbon 3D亦有在台灣市場為該技術申請專利(中華民國發明專利公開案第TW201447478號「用於3D製造的方法與裝置」),但目前該些專利皆還在審查階段,未來是否會像以前的3D列印專利,因擁有專利權而可壟斷一定市場還是個未知數。倘若該專利被核駁,我想Maker界可是會很高興的接收這份大禮,準備盡情的hack這門突破性的新技術!

不過,有件事情是肯定的,3D列印技術正再不斷的進步,3D列印不一定會帶來第三次工業革命,但3D列印可能會改變我們的製造方式是肯定的,日前Amazon才公開了一件物流與3D列印相關的專利,據稱Amazon想於車內擺放3D列印機台,當客戶下單後,Amazon即可在物流車內把產品印出,達到幾乎零庫存的目標,當初還覺得這事猶如南柯一夢,現在看來,Amazon這瘋狂的想法可真是走在時代的尖端!

賈斯汀

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