Bài 8.10Tạo hình ban đầuChương 8 · Sản xuất bồi đắp

In thể tích (CAL)

Ánh sáng từ mọi góc làm đóng rắn cả lọ nhựa đang quay cùng một lúc (in thể tích)

In thể tích tạo ra cả vật thể cùng một lúc trong một lọ nhựa lỏng, hoàn toàn không có lớp. Trong in thạch bản trục tính toán (CAL), lọ quay trong khi máy chiếu chiếu các mẫu ánh sáng thay đổi xuyên qua nó, như chụp cắt lớp CT chạy ngược. Một vật nhỏ có thể xuất hiện trong một hai phút.

in thạch bản trục tính toán · nhìn ngang và nhìn từ trên, 5 bướcTrái: hệ thống nhìn từ bên cạnh. Phải: lọ nhìn từ trên xuống, với ba trong rất nhiều hướng chiếu sáng. Các số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới.

Cách hoạt động

Tính các mẫu ánh sáng. Phần mềm biến mô hình 3D thành hàng trăm ảnh sáng 2D, mỗi ảnh cho một góc nhìn, giống như máy chụp cắt lớp CT chạy ngược.
Quay lọ. Một lọ trong suốt chứa nhựa đặc, nhạy sáng quay đều trên một bàn xoay.
Chiếu. Một máy chiếu hiển thị ảnh khớp với góc hiện tại của lọ, nên mỗi góc đều có mẫu riêng.
Để liều lượng cộng dồn. Mỗi điểm trong nhựa nhận ánh sáng từ mọi góc. Chỉ những điểm bên trong vật thể vượt ngưỡng (liều ánh sáng tối thiểu làm nhựa đông lại) và hóa rắn.
Xả, rửa và đóng rắn. Sau khoảng 30 giây đến vài phút, nhựa lỏng được đổ ra. Vật thể được rửa và đóng rắn UV lần cuối.

Thông số chính

Vật liệu: Nhựa quang trùng hợp trong suốt, đặc (acrylat), hydrogel có thể mang tế bào sống, và nhựa độn hạt thủy tinh sau đó được nung thành thủy tinh
Chi tiết thường gặp: Chi tiết nghiên cứu nhỏ: thấu kính và quang học, chip vi lưu thủy tinh, giàn đỡ mô mềm, vật thể in quanh một chi tiết chèn có sẵn
Kích thước chi tiết: Từ vài milimet đến vài centimet, bị giới hạn bởi lọ
Độ chính xác: Chi tiết nhỏ đến khoảng 0,3 mm ở các máy in đầu tiên; hệ thống nghiên cứu đạt hàng chục micromet
Bề mặt hoàn thiện: Rất nhẵn, không có vân lớp
Số lượng phù hợp: Chiếc đơn lẻ và mẫu nghiên cứu
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Không cần khuôn dụng cụ. Chủ yếu là các hệ thống phòng thí nghiệm xây quanh một máy chiếu và bàn quay; hiện chưa có nhiều máy thương mại
Tốc độ: Vài giây đến vài phút cho vật thể cỡ centimet

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Không có lớp: bề mặt nhẵn và không có ranh giới lớp yếu
Rất nhanh với chi tiết nhỏ
Không cần giá đỡ, vì nhựa đặc giữ chi tiết tại chỗ
Có thể in quanh một vật có sẵn, như một thanh kim loại

Hạn chế

Chỉ vật nhỏ, tối đa vài centimet
Nhựa phải trong suốt và đặc, nên ít vật liệu dùng được
Tán xạ ánh sáng và sai số liều làm nhòe chi tiết nhỏ
Vẫn chủ yếu là kỹ thuật nghiên cứu

Ứng dụng

Phòng thí nghiệm nghiên cứuThử nghiệm nhựa, quang học và phương pháp in mới
Y sinhGiàn đỡ hydrogel mềm có tế bào sống cho nghiên cứu mô
Quang họcThấu kính nhỏ và ống dẫn sáng
Vi lưuChip thủy tinh có kênh nhỏ bên trong

Cách nhận biết

Vật thể nhựa nhỏ, nhẵn hoàn hảo, không có bậc thang trên mặt cong.
Không có dấu vết giá đỡ ở đâu cả, kể cả dưới phần nhô ra.
Đôi khi là một vật thể nung chảy quanh chi tiết chèn, như tay cầm được in lên một trục kim loại.

So sánh với

Tạo hình lập thể quang (SLA)8.2cũng làm cứng nhựa bằng ánh sáng, nhưng từng lớp mỏng một; CAL làm đóng rắn cả thể tích cùng một lúc.Polyme hóa hai photon13.8cũng đóng rắn bên trong một thể tích, nhưng từng điểm một bằng laser hội tụ, ở quy mô micromet.

Xem video

Seeker · Lời giải thích cho người mới về máy in thể tích của Berkeley

The Action Lab · Một màn trình diễn thực tế một vật thể xuất hiện bên trong nhựa

KPIX | CBS NEWS BAY AREA · Cảnh quay thực tế trong phòng thí nghiệm với các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra nó

Berkeley Sensor & Actuator Center · Một bài nói chuyện nghiên cứu về cách CAL hoạt động, kể cả in trong môi trường vi trọng lực

Xem ảnh thật

Wikipedia: Computed axial lithography — nguyên lý và lịch sử; ít hình ảnh
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

In thể tích làm cứng cả vật thể cùng một lúc, không có lớp.
CAL quay nhựa và chiếu sáng từ mọi góc; chỉ nơi nào ánh sáng cộng dồn đủ mới hóa rắn.
Nó nhanh và nhẵn, nhưng vẫn ở quy mô nhỏ và chủ yếu trong phòng thí nghiệm nghiên cứu.