怎么去使用激光扫描技术（VCJ）增强的3D打印呢？

一种创新型的激光扫描技术可以快速地实现多种材料3D打印，实现：结构更精细，材料更多样。

 

研究人员使用独特的激光扫描技术，以一种更高效的方法，用不同的刚性和弹性聚合物3D打印出带有骨骼、韧带和肌腱的机器人手。

具有骨骼、韧带和肌腱的机器人手听起来几乎像是科幻电影中的东西。但实际上它非常真实，这要归功于苏黎世联邦理工学院（瑞士苏黎世）的一组研究人员和来自麻省理工学院（MIT；波士顿，马萨诸塞州）分拆的增材制造初创公司Inkbit的工程师。

该合作团队开发了一种称为Vision-Controlled Jetting （VCJ）的激光扫描技术，这是一种喷墨沉积工艺，使用激光和高帧率相机连续扫描打印表面。

传统的3D打印机逐层创建对象；然后在紫外线（UV）灯下逐层快速固化。在每个固化步骤之后，表面不规则部分被刮掉，但这只适用于快速固化的材料，如聚丙烯酸酯。慢速固化的聚合物会阻碍打印过程，因为它们需要更长的时间才能固化。

由于硫醇烯和环氧树脂（thiol-ene and epoxies）等缓慢固化的聚合物最终形态比较坚固耐用，耐紫外线和湿度，并且比传统快固化聚合物具有更先进的弹性特性，研究人员表示，它们在生物医学产品（如医疗植入物和芯片器官）方面显示出巨大的前景。

苏黎世联邦理工学院软机器人实验室（ETH Zurich’s Soft Robotics Lab）研究员托马斯·布赫纳（Thomas Buchner）解释说，VCJ方法允许实时扫描打印层，以便在固化过程之前立即检查表面的不规则性。而且，这样做不会减慢打印过程。VCJ使用扫描数据并校正每个连续层接触面的平整度，这样便于使用“具有紫外稳定性高和弹性好的一系列材料”。

使用了VCJ技术，柔软、有弹性和刚性的材料可以进行3D打印，以创建精致和更复杂的结构。该团队的机器人手具有骨骼、韧带和肌腱等多方面特征。布赫纳说，慢固化塑料具有长寿命，通过VCJ系统打印这种材料“便于研究和商业应用”。

背景情况

大约八年前，随着《ACM Transactions on Graphics》发表的研究成果，VCJ系统的工作开始启动。这项初步工作使用了全场光学相干断层扫描（full-field optical coherence tomography OCT）装置，作为麻省理工学院团队开发的初始打印机扩展的一部分。Inkbit工程总监Aaron Weber表示，原始扫描仪符合技术要求，但最终因成本过高而无法用于商用3D打印机。该装置的速度也很慢。

技术的进一步发展使该团队能够将3D扫描系统修改为基于经典三角测量的系统（classic triangulation），将会更具成本效益。

韦伯说：“我们通过精心挑选安装在定制机械包中的现成组件，实现了成本、速度和分辨率要求。我们现在可以灵活地更换单个模块，以匹配材料特性的变化，而无需改变整个扫描架构。”

未来潜力

未来重点将放在机器人应用方面。布赫纳表示，他们正在开发一种由VCJ打印技术支持的定制解决方案，并计划研究柔软、刚性的结构如何为生物细胞提供支架。

他列举了人工智能（AI）、虚拟现实（VR）和元宇宙作为其他需要研究的领域。3D打印的进步将使数字创意成为现实。生成式人工智能可以开始创建3D对象，布赫纳说，VCJ参与的3D打印机将能够实现这一点，“无论材料体的排列多么复杂。”

“我们现在可以更快地创建定制化和个性化的产品，”布赫纳补充道。“曾经的打印出来的原型将更接近最终产品，组装时间最小化，功能系统在同一个过程中打印出来。”

 

审核编辑：刘清