加拿大研究人員開發(fā)一種名為AE-VAM的全新自動曝光控制系統(tǒng)來提升3D打印效率

2025年5月20日，南極熊獲悉，加拿大的國家研究委員會與維多利亞大學(xué)的研究團隊開發(fā)了一種用于斷層掃描體積增材制造 (VAM) 的全自動曝光控制系統(tǒng)。VAM 是一種利用旋轉(zhuǎn)樹脂槽內(nèi)投射的光圖案一次性制造完整物體的技術(shù)，可以一次性地制造出完整物體，大幅提升了制造過程的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

△AE-VAM系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)利用光散射測量實時確定最佳曝光終點

新系統(tǒng)被稱為AE-VAM（自動曝光體積增材制造），它通過實時監(jiān)控樹脂內(nèi)部的光散射來自動決定何時終止打印過程中的曝光。這一創(chuàng)新消除了之前手動調(diào)整的必要性，而手動調(diào)整一直是限制VAM技術(shù)一致性和商業(yè)可行性的關(guān)鍵因素。

為了展示AE-VAM系統(tǒng)的性能，研究人員進行了25次3DBenchy模型的打印測試。結(jié)果顯示，AE-VAM實現(xiàn)了0.100毫米的平均RMS（均方根）表面偏差和0.053毫米的打印間偏差。特別值得注意的是，模型中的所有精細(xì)特征，包括盲孔、煙囪和底部文字，均被成功復(fù)制，且在某些關(guān)鍵方面超過了商用SLA和DLP系統(tǒng)的打印效果。

△這項研究的成果已經(jīng)發(fā)布在arXiv上，題目為“自動曝光體積增材制造”（傳送門）

VAM技術(shù)的崛起

斷層掃描體積增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)3D打印技術(shù)的主要區(qū)別在于，VAM是一次性曝光整個樹脂體積，而不是逐層進行。這種做法雖然能夠提高打印速度并避免支撐結(jié)構(gòu)的需要，但之前的實現(xiàn)方案由于樹脂的重復(fù)使用和光擴散效應(yīng)，導(dǎo)致曝光量難以預(yù)測，通常需要經(jīng)驗豐富的操作員頻繁校準(zhǔn)。

AE-VAM則通過采用簡單的光學(xué)反饋系統(tǒng)解決了這一問題，新技術(shù)可以在固化過程中測量散射的紅光。當(dāng)測量到的信號達(dá)到預(yù)定的校準(zhǔn)閾值時，紫外線照射會自動停止。研究人員指出，這使得這項工藝“不受幾何形狀的影響”，并且特別適合進行多部件組裝的打印，如齒輪系統(tǒng)和螺紋部件。

AE-VAM打印的機械部件：一個功能齊全的¼-20螺釘和螺母，以及一個公差為50μm的齒輪組件。這些部件也可以與標(biāo)準(zhǔn)金屬硬件配合使用

△AE-VAM打印的機械部件：一個功能齊全的¼-20螺釘和螺母，以及一個公差為50μm的齒輪組件。這些部件也可以與標(biāo)準(zhǔn)金屬硬件配合使用

VAM技術(shù)邁入商業(yè)化

研究團隊將AE-VAM與Formlabs Form 2、Form 3和Asiga PRO4K等商用系統(tǒng)進行了對比測試。雖然Form 2在精度上略勝一籌（0.081毫米RMS誤差），但AE-VAM在小特征的復(fù)制和一致性方面表現(xiàn)更佳，尤其在樹脂重復(fù)使用的情況下。新系統(tǒng)能夠在不到一分鐘的時間內(nèi)打印出相同的3DBenchy模型，而最快的SLA系統(tǒng)需要超過8分鐘。

研究人員強調(diào)：“AE-VAM的重復(fù)性和精度規(guī)格處于商用系統(tǒng)的測量范圍內(nèi)。”他們還指出，該系統(tǒng)能實現(xiàn)樹脂的重復(fù)使用多達(dá)五次，且降解程度極低。研究團隊預(yù)計，通過使用不同樹脂對AE-VAM進行更廣泛的測試，將有助于這項技術(shù)進一步接近商業(yè)化。該方法計算量小，適用于多種用途，并且只需少量操作員培訓(xùn)。

雖然這項研究未經(jīng)同行評審，但已經(jīng)顯示出該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)免提打印，并且它的特征分辨率與市場上現(xiàn)有的立體光固化（SLA）和數(shù)字光處理（DLP）打印機相當(dāng)甚至更高，同時打印速度最多可提升十倍。同時，這項研究受加拿大國家研究委員會"創(chuàng)意"項目資助。需特別說明的是，部分作者已被列為AE-VAM系統(tǒng)的臨時專利發(fā)明人。