經(jīng)過這幾年的普及，人們對3D打印技術早已不再感到陌生。不過，最近網(wǎng)絡上流行的幾個有關3D打印的演示動圖似乎顯得格外酷炫而特別：在五顏六色的液體中，埃菲爾鐵塔、“富勒烯”形狀的空心球體等模型像變魔術一樣被從液面上“拉”了出來：
這些神奇的動圖都出自最近發(fā)表在《科學》（Science）上的一篇有關3D打印技術的研究論文[1]。這種新技術顯然也征服了期刊的編輯，在期刊封面上都出現(xiàn)了這個從液體中打印出來的“倒立鐵塔”的身影。那么，這種液體3D打印技術究竟有什么過人之處？球和塔又是怎么從液體里“拉”出來的呢？
《科學》封面上的3D打印
液體如何變固體？
把相對容易流動的液體材料變成固體，這種思路其實并不新鮮，硫化橡膠就是這種材料加工方式的典型例子。那么，固化的過程是如何發(fā)生的呢？下面，就讓我們來看圖說話：
在圖中，小a、小b、小c等等是一群活潑的聚合物分子，因為這些鏈狀的分子之間很容易相互移動，所以看上去是一灘黏黏的液體（有時候可能粘度很大，比如硫化前的天然橡膠，它從樹上滴下來的速度非常緩慢）。有一天惡魔把一把單純善良的固化劑混進了小兄弟里面，小兄弟活潑依舊，絲毫沒有發(fā)現(xiàn)危險的存在。突然有一天惡魔把這灘小兄弟連固化劑一起放進了高溫高壓的一個東西里面（一般稱為硫化機/熱壓機），然后看似無害的固化劑長出了魔爪，死死抓住了小兄弟們，一個又一個的魔爪分別抓住不同的兄弟們，產(chǎn)生了很多交聯(lián)結構，即使沒有了高溫高壓也不會再放開。最后小兄弟們再也不能隨便活動了，這灘液體也變成了硬硬的一塊——這就是固化過程的通（dou）俗（bi）解釋。當然也有些固化劑的固化原理是引發(fā)小分子聚合物上的基團相互反應的，這種一般被稱為引發(fā)劑。
小球怎么被“拉”出來？
在從液體里“拉”出固體的3D打印技術當中，活化固化劑的方式從熱壓變成了光，所以這種技術被稱為立體光固化成型（Stereo lithography Appearance，SLA）。這里所用到的液體材料被稱為光敏樹脂，一般是環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯等摻雜一些對特定波長敏感的光引發(fā)劑制成的。這類技術本身也并不是什么新生事物了，它的歷史可以追溯到1984年。
簡單來說，立體光固化的過程就是光照射光敏樹脂表面，使其固化成薄薄的一層固體，已經(jīng)固化完成的部分被一塊基板黏附著，逐漸與光照射面拉開一定距離（通常是每次移動十幾個微米），然后在上一層固化樹脂的基礎上再進行下一層的照射和固化。經(jīng)過層層固化疊加之后，最終就形成一個完整的立體結構。下面這張圖表示的就是SLA設備的基本結構，固化反應發(fā)生在打印樹脂與透光玻璃板的交界面上，由于光照射面在液面的下方，打印的過程看上去就像從液體里“拉”出了打印制件一樣。
