导读
谢涛教授课题组发明的“快速多维”的制造方法:利用一张平面的塑料片,快速“凹”出复杂的立体造型。平面变立体,听起来很玄乎,但是科学家说,这类形变在生活中非常普遍,墙壁、地板受潮起泡就是一个典型的例子。“这一现象提示我们,或许我们在进行三维设计制造时,不需要通过复杂耗时的层层打印步骤,而去使用一种更为简洁、连续、高效的过程。”谢涛说,这一灵感的提示下,课题组进行了快速多维制造的探索,这一方法最显著的优势就是快。这种多维制造的新方法,有望在某些应用场景取代现有的3D打印技术。
3D打印被普遍认为能大大影响未来的工业制造,采用增材制造方法,即采用一层层叠加的方式来制作物品,相较于传统的减材制造,它在节省成本和个性化制造方面均显示出诸多优势。也正是这种增材制造的方式,给3D打印带来的一个悖论:如果想把物品制作得更精细,则需要每层厚度减小;如果想提高打印速度,则需要增加层厚;而这些势必都会影响产品的精度与质量。但目前广泛采用的3D打印技术无法回避的挑战在于逐层打印,限制了打印精度和速度。若生产同样精度的产品,3D打印同传统的大规模工业生产相比,没有成本上的优势,尤其是考虑到时间成本和规模成本之后。
“我们的方法避开了这一挑战,它的成型是连续的,快速的,可以为多维制造提供新的思路。”谢涛认为,尽管这一技术存在广泛应用前景,当前仍然需要多学科的科学家进行共同研究,推进这一技术从实验室走向现实,“很期待研究光学、计算机科学和力学的科学家的加入。”
论文的第一作者为博士生黄丽媚,她解释了快速多维制造方法的关键步骤。第一步是制作“底片”。底片是厚度约为0.5毫米的液体薄膜。这类液体会在光的照射下固化,被称为光固化树脂。第二步是曝光——利用投影仪画“图纸”。第三步是立体显影。见证奇迹的时刻就在这一步发生。“底片”投入水中之后,由于每个像素点的吸水程度不一样,会产生有趣的、符合事先设计的形变。就像水中“长”出了一座悉尼歌剧院,或是水中“开”出了一朵花。
上图中,博士生黄丽媚正在演示利用快速多维制造方法制作一朵立体蜡质花。实验中,把一层薄薄的液体,放置在投影仪下经受光照固化几秒钟后,就会变成一片塑料。再投进熔化的蜡里,几分钟之内,就能变成三维形状的玉兰花瓣。制作得到的玉兰花瓣可以用作首饰锻造工艺“失蜡法”中的内膜。利用快速多维方法极大地提高了蜡质内膜的制造效率,是这一新技术有望很快实现产业化的一大方向。
谢涛教授课题组介绍
课题组创建于2013年,重点从事多功能高分子的基础及应用研究。在此之前,课题组成员已在形状记忆高分子,仿生智能高分子材料,及智能水凝胶等方面形成鲜明的特色。在坚持原有特色的基础上,积极拓展更为广面的多功能高分子材料的科学研究,重点在于新机理,新性能,及新应用。在以全新性能为目标的材料设计上,尤其重视材料多尺度(分子级,纳米级,及微米级)的全方位的协同效应。在坚持科学研究的同时,致力于与企业的合作,以期在较短期内实现科学对能源,环境及健康等社会发展重大问题的积极贡献。
(来源:科学网,浙江新闻;编辑:研究生新媒中心沈佳阳)
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