一種創新型的激光掃描技術可以快速地實現多種材料3D打印，實現：結構更精細，材料更多樣。

研究人員使用獨特的激光掃描技術，以一種更高效的方法，用不同的剛性和彈性聚合物3D打印出帶有骨骼、韌帶和肌腱的機器人手。

具有骨骼、韌帶和肌腱的機器人手聽起來幾乎像是科幻電影中的東西。但實際上它非常真實，這要歸功于蘇黎世聯邦理工學院（瑞士蘇黎世）的一組研究人員和來自麻省理工學院（MIT；波士頓，馬薩諸塞州）分拆的增材制造初創公司Inkbit的工程師。

該合作團隊開發了一種稱為Vision-Controlled Jetting （VCJ）的激光掃描技術，這是一種噴墨沉積工藝，使用激光和高幀率相機連續掃描打印表面。

傳統的3D打印機逐層創建對象；然后在紫外線（UV）燈下逐層快速固化。在每個固化步驟之后，表面不規則部分被刮掉，但這只適用于快速固化的材料，如聚丙烯酸酯。慢速固化的聚合物會阻礙打印過程，因為它們需要更長的時間才能固化。

由于硫醇烯和環氧樹脂（thiol-ene and epoxies）等緩慢固化的聚合物最終形態比較堅固耐用，耐紫外線和濕度，并且比傳統快固化聚合物具有更先進的彈性特性，研究人員表示，它們在生物醫學產品（如醫療植入物和芯片器官）方面顯示出巨大的前景。

蘇黎世聯邦理工學院軟機器人實驗室（ETH Zurich’s Soft Robotics Lab）研究員托馬斯·布赫納（Thomas Buchner）解釋說，VCJ方法允許實時掃描打印層，以便在固化過程之前立即檢查表面的不規則性。而且，這樣做不會減慢打印過程。VCJ使用掃描數據并校正每個連續層接觸面的平整度，這樣便于使用“具有紫外穩定性高和彈性好的一系列材料”。

使用了VCJ技術，柔軟、有彈性和剛性的材料可以進行3D打印，以創建精致和更復雜的結構。該團隊的機器人手具有骨骼、韌帶和肌腱等多方面特征。布赫納說，慢固化塑料具有長壽命，通過VCJ系統打印這種材料“便于研究和商業應用”。

背景情況

大約八年前，隨著《ACM Transactions on Graphics》發表的研究成果，VCJ系統的工作開始啟動。這項初步工作使用了全場光學相干斷層掃描（full-?eld optical coherence tomography OCT）裝置，作為麻省理工學院團隊開發的初始打印機擴展的一部分。Inkbit工程總監Aaron Weber表示，原始掃描儀符合技術要求，但最終因成本過高而無法用于商用3D打印機。該裝置的速度也很慢。

技術的進一步發展使該團隊能夠將3D掃描系統修改為基于經典三角測量的系統（classic triangulation），將會更具成本效益。

韋伯說：“我們通過精心挑選安裝在定制機械包中的現成組件，實現了成本、速度和分辨率要求。我們現在可以靈活地更換單個模塊，以匹配材料特性的變化，而無需改變整個掃描架構。”

未來潛力

未來重點將放在機器人應用方面。布赫納表示，他們正在開發一種由VCJ打印技術支持的定制解決方案，并計劃研究柔軟、剛性的結構如何為生物細胞提供支架。

他列舉了人工智能（AI）、虛擬現實（VR）和元宇宙作為其他需要研究的領域。3D打印的進步將使數字創意成為現實。生成式人工智能可以開始創建3D對象，布赫納說，VCJ參與的3D打印機將能夠實現這一點，“無論材料體的排列多么復雜。”

“我們現在可以更快地創建定制化和個性化的產品，”布赫納補充道。“曾經的打印出來的原型將更接近最終產品，組裝時間最小化，功能系統在同一個過程中打印出來。”

審核編輯：劉清