全文3000字，阅读需7分钟。本文分享2024年3月Nature正刊发表的卷式连续CLIP光固化技术。
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AM易道导语：
关注光固化3D打印的读者朋友都知道，CLIP（Continuous Liquid Interface Production，连续液体界面生产）技术自2015年问世以来，以其快速制造能力广受关注。
当时由Joseph DeSimone教授创立的Carbon 3D公司成功将这项技术商业化，为多个行业带来了高速、高分辨率的3D打印解决方案。
CLIP技术通过控制氧气抑制作用，实现了"连续"的光固化过程，大大提高了打印速度和表面质量。
然而，传统的CLIP技术主要针对宏观物体的制造，在微粒生产方面仍有局限，并且也是一版一版的生产，可以连续固化但并不能实现连续生产。
这正是本文“r2rCLIP”技术的突破所在，这个技术被DeSimone教授及其斯坦福大学团队（CLIP的发明人）发表了在今年3月Nature正刊。
通过巧妙地将高分辨率光固化与连续卷式（roll-to-roll）生产工艺相结合，r2rCLIP技术为微粒制造开辟了一片新天地。
简而言之，可以在连续滚动的卷轴上生产分辨率相当高的光固化3D打印结构，相当炸裂的创新。
它不仅继承了CLIP技术的高速优势，还将分辨率提升到了微米甚至亚微米级别，同时实现了微粒的连续大规模生产。
在接下来的内容中，我们将深入探讨r2rCLIP技术的核心创新、技术细节及其广阔的应用前景，揭示它如何在CLIP技术的基础上实现了微观制造的重大突破，以及这项技术可能对各个行业产生的深远影响。
高分辨率+连续生产：卷式连续光固化3D打印技术的核心突破
r2rCLIP技术的核心在于巧妙地将高分辨率光固化与连续卷对卷（roll-to-roll）生产工艺相结合。
这种创新性的融合为微粒制造带来了质的飞跃，使得高精度和高效率不再是一对矛盾。
上图全面展示了卷对卷连续光固化技术制造复杂几何形状微粒的整个过程。
这个图解清晰地呈现了从设计到最终产品的完整工作流程：
设计师使用计算机辅助设计（CAD）软件创建所需的3D微粒模型。然后，这个3D模型被切片成一系列2D图像。这些2D图像被输入到r2rCLIP系统中，用于指导打印过程。
图B展示的是设备核心，系统通过连续打印、清洗和收集步骤，产出大量具有复杂几何形状的微粒。
图C展示了打印成果，在后文也有更优秀的打印结构展示。
这个卷式连续生产式如何卷的，在后文会详细说到。
高分辨率光固化系统
r2rCLIP采用了385nm紫外LED光源和数字光处理（DLP）技术，配合精心设计的光学系统，实现了2.00μm x 2.00μm的xy平面分辨率。
更令人惊叹的是，在z轴方向上，研究团队成功制造出了最小仅1.1±0.3μm厚的悬空结构。
这种精度水平在微粒制造领域可谓独树一帜。
为了达到如此高的分辨率，研究团队在树脂配方上下足了功夫。
他们开发的HDDA-HDDMA树脂系统，包含0.5 wt% HDDMA、5.0 wt% PPO光引发剂和0.5 wt% Sudan I紫外线吸收剂。
这种特殊配方使得树脂具有极低的穿透深度（8.0±0.4μm）和临界固化剂量（5.2±0.3 mJ/cm²），是实现超高z轴分辨率的关键。
连续生产的卷式设备构建
传统的高分辨率光固化3D打印往往受限于静态打印平台，难以实现连续生产。
r2rCLIP技术通过引入连续移动的薄膜作为打印基材，彻底突破了这一限制。
上图生动展示了r2rCLIP系统的完整工作流程：
铝涂层PET薄膜从供给辊（I）开始输送。 薄膜经过机械张力调节装置（II），确保打印过程中的平整度。 随后，薄膜通过高精度Z轴平台和CLIP组件（III），这是微粒精确成型的关键环节。 打印完成后，带有微粒的薄膜通过弹簧张力系统（IV），保持张力稳定。 接着薄膜进入异丙醇清洗步骤（V），去除未固化树脂。 经过二次固化站（VI），进一步提高微粒强度。 最后在加热的超声波浴中浸泡，并通过刀片辅助从薄膜上剥离微粒（VII）。
整个过程如行云流水，自动化程度高，确保了微粒的连续生产和收集。
这种连续生产方式不仅大大提高了生产效率，理论上可实现每天100万个微粒的产能，还为复杂几何形状的制造提供了可能。
图c展示了这种高效率的惊人成果：研究团队一次性制造了约30,000个中空立方体微粒，这些微粒整齐排列，展示了r2rCLIP技术的精确度和大规模生产能力。
微纳连续3D打印的成果展示
上图进一步展示了r2rCLIP技术在几何形状控制方面的卓越能力。
这张图片展示了12种不同复杂度的微粒形状，从左到右、从上到下依次为：
实心立方体
中空圆环
L形结构
中空立方体
八面体
药物递送用中空立方体
1:1比例的千斤顶形状
四面体千斤顶
带帽中空锥体
中空四面体
悬臂结构
螺旋立方体
这些形状从简单到复杂，有些甚至是传统模具无法制造的结构，如悬臂和内部空腔。每个微粒的尺寸约为200-250微米，表面光滑，边缘清晰，充分展示了该技术在微观尺度上的精确控制能力。
这种几何多样性为设计师和工程师提供了前所未有的创造空间，使得按需定制特定功能的微粒成为可能。
氧气抑制：连续生产的关键
r2rCLIP技术的另一个关键创新在于巧妙利用了氧气抑制聚合反应的特性。
这个特性在2015年的CLIP发布时候就已经得到了充分展示。
上图生动展示了这一机制：
图片左侧显示了光通过特氟龙AF窗口照射到树脂上的过程。
在窗口附近形成一个由氧气主导的"死区"，厚度约为几十微米。
死区之上是活性聚合区域，在这里树脂开始固化。
右侧展示了一个实际打印的中空四面体微粒，清晰地显示了复杂的内部结构。
这个看似简单的机制实际上是r2rCLIP技术能够实现连续高速打印的关键，它巧妙地解决了传统光固化3D打印中树脂粘附在窗口上的问题。
材料多样性与应用前景
r2rCLIP技术的优势不仅体现在高分辨率和连续生产上，其适用的材料范围也令人印象深刻。
除了HDDA-HDDMA体系，研究团队还成功使用了PEGDA、PEGDMA、TMPTA等多种光固化材料，甚至包括陶瓷前驱体树脂。
上图生动展示了这一点：a和b图展示了使用r2rCLIP技术制造的陶瓷微粒，这些微粒在800℃下热解后形成了均匀分布硅、氧和碳的复合结构。
这种技术为制造高性能陶瓷微粒开辟了新途径，在电子、通信和医疗等领域有着广泛的应用前景。
另一方面，图c-f展示了r2rCLIP技术在药物递送领域的潜力。
研究团队成功制造了可装载药物的水凝胶微粒，这些微粒可以精确控制形状和尺寸，为靶向药物递送和可控释放提供了新的可能性。
图中展示了设计、制造、填充和封装的全过程，图F的药物装载凝胶微粒非常震撼。
写在最后
卷式连续光固化技术的出现，标志着维纳3D打印领域进入了新阶段。
从生物医学到材料科学，从微电子到环境保护，其应用前景可谓广阔无垠。
然而，AM易道期待的是，连续移动的基材与高分辨率光固化的结合—有没有可能革新更大尺度结构的3D打印制造。
想象一下，如果我们将这种卷对卷的连续生产理念应用于大型光固化3D打印，会产生怎样的变革。
当然，从r2rCLIP技术原理看，直接应用于大型结构光固化制造还不太可行，但这至少是个可以开拓的新思路。
在光固化3D打印市场越来越卷的今天，这篇半年前发表在Nature正刊的卷式连续光固化技术以高水平的创新卷出了新高度。
有兴趣的读者请务必阅读本技术的原著：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07061-4
（正文内容结束）
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