研究人员开发体积3D打印自动曝光系统，显著提升打印精度和速度

2025年5月20日，南极熊获悉，加拿大国家研究委员会和维多利亚大学的团队开发了一种用于断层扫描体积增材制造 (VAM) 的全自动曝光控制系统。VAM 是一种利用旋转树脂槽内投射的光图案一次性制造完整物体的技术，自动曝光系统显著提高了这项工艺的准确性和可重复性。

研究结果以题为“Automatic exposure volumetricadditive manufacturing”的论文已发布在arXiv 上的一份未经同行评审的预印本上。这项技术能够实现免提打印，特征分辨率与商用 SLA 和 DLP 打印机相当或更高，同时打印部件的速度最高可提高十倍。

论文链接：https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.09332

新系统名为 AE-VAM（自动曝光体积增材制造），通过实时监控树脂内部的光散射，自动终止打印过程中的曝光。这消除了手动调整的需要，而手动调整此前限制了 VAM 的一致性和商业可行性。

研究人员通过打印25次广泛使用的3DBenchy模型来演示他们的系统。AE-VAM实现了0.100毫米的平均RMS表面偏差和0.053毫米的打印间偏差。值得注意的是，所有精细特征，包括盲孔、烟囱和底部文字，均被成功复制，在某些关键方面优于商用SLA和DLP系统的打印效果。

△AE-VAM系统示意图，利用光散射测量实时确定最佳曝光终点。图片来自加拿大国家研究委员会/维多利亚大学的 Antony Orth 等人

从实验室到潜在生产

断层扫描VAM与传统3D打印的不同之处在于，它一次性曝光整个树脂体积，而不是逐层曝光。虽然这可以加快打印速度并消除支撑结构，但由于树脂重复使用和光扩散，之前的实现方案存在曝光量难以预测的问题，通常需要经验丰富的操作员并频繁进行重新校准。

AE-VAM 通过使用简单的光学反馈系统来解决这个问题，可在固化过程中测量散射的红光。当测量信号达到校准阈值时，紫外线照射会自动停止。据作者称，这使得该工艺“不受几何形状的影响”，并且适用于多部件组装打印，例如齿轮系统和螺纹部件。

迈向商业化 VAM

研究团队将 AE-VAM 与Formlabs Form 2、Form 4 和 AsigaPRO4K 进行了对比测试。虽然 Form 2 的精度略高（0.081毫米 RMS 误差），但 AE-VAM 在小特征复制和一致性方面表现更佳，尤其是在重复使用树脂的情况下。打印系统在不到一分钟的时间内打印出相同的 3DBenchy 模型，而最快的 SLA 系统则需要超过 8 分钟。

作者写道：“AE-VAM 的重复性和精度规格在商用系统的测量范围内。” 并指出，它还能使树脂重复使用多达五次，且降解程度极低。他们预计，使用不同树脂对 A​​E-VAM 进行更广泛的测试，可以使技术更接近商业化。研究团队指出，这种方法计算量小，适用于通用用途，只需极少的操作员培训。

这项工作由加拿大国家研究委员会的“创意计划”（Ideation program）资助。多位作者被列为与打印系统相关的临时专利的发明人。

△AE-VAM打印的机械部件：一个功能齐全的 ¼-20 螺钉和螺母，以及一个公差为 50 μm 的齿轮组件。这些部件也可以与标准金属硬件配合使用。图片来自 Antony Orth 等人，加拿大国家研究委员会/维多利亚大学。

体积 3D 打印在研究和工业领域发展势头强劲

近年来，体积增材制造 (VAM) 作为一种快速、无支撑的传统分层 3D 打印替代方案，引起了越来越多的关注。此前，VAM 的进展包括Manifest Technologies（前身为 Vitro3D）推出的旨在实现商业应用的高速 P-VAM 评估套件，以及EPFL演示的使用体积技术进行不透明树脂打印。

△胎压监测系统（TPMS）带测量功能。图片来自 Manifest Technologies。

与此同时，乌得勒支大学的研究人员利用体积生物打印技术制造用于再生医学的微型肝脏模型，伦敦大学学院则探索了快速载药片剂的制造。最近，断层扫描 VAM 的全息变体(TVAM) 显示出缩短打印时间和提高光效率的潜力。这些发展凸显了体积 3D 打印技术的广泛适用性和不断加快的创新步伐。