用于零件的三维(3D)打印或增材制造的配方需要与科学一样多的猜测。到现在。

在光线下反应形成聚合物或长链分子的树脂和其他材料对于从建筑模型到功能性人体器官的部件的3D打印是有吸引力的。但是，在单个体素的固化过程中材料的机械和流动特性会发生什么变化才是个谜。体素是体积的3D单位，相当于照片中的像素。

现在，美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员已经展示了一种新型的基于光的原子力显微镜(AFM)技术 - 样品耦合共振光学流变学(SCRPR) - 它可以测量材料特性的变化方式和位置在固化过程中以最小的比例实时进行。

NIST材料研究工程师Jason Killgore说：“我们对工业方法产生了浓厚的兴趣，这只是一些会议谈判的结果。” 他和他的同事现在已经在“ 小方法 ”杂志上发表了这项技术。

3D打印或增材制造受到称赞，可以灵活，高效地生产复杂零件，但缺点是会引入材料特性的微观变化。由于软件将零件渲染为薄层，然后在打印前将其重新构建为3D，因此物理材料的整体属性不再与打印零件的属性相匹配。相反，制造零件的性能取决于印刷条件。

NIST的新方法测量材料如何随亚微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率发展 - 比体积测量技术小数千倍且更快。研究人员可以使用SCRPR来测量整个固化过程中的变化，收集关键数据，以优化从生物凝胶到硬质树脂的材料加工。

这种新方法将AFM与立体光刻技术相结合，利用光线对光反应材料进行图案化，从水凝胶到增强丙烯酸树脂。由于光强度的变化或反应性分子的扩散，印刷的体素可能变得不均匀。

AFM可以感知表面的快速微小变化。在NIST SCRPR方法中，AFM探针持续与样品接触。研究人员采用商业AFM，使用紫外激光在AFM探针与样品接触的位置或附近开始形成聚合物(“聚合”)。

该方法在有限时间跨度内在空间中的一个位置处测量两个值。具体地，它测量AFM探针的共振频率(最大振动的频率)和品质因数(能量耗散的指标)，跟踪整个聚合过程中这些值的变化。然后可以使用数学模型分析这些数据，以确定材料属性，例如刚度和阻尼。

用两种材料证明了该方法。一种是由橡胶光转化为玻璃的聚合物薄膜。研究人员发现，固化过程和性能取决于曝光功率和时间，并且在空间上很复杂，这证实了快速，高分辨率测量的必要性。第二种材料是商业3D打印树脂，在12毫秒内从液体变为固体形式。共振频率的升高似乎表明固化树脂的聚合和弹性增加。因此，研究人员使用AFM制作单个聚合体素的地形图像。

令研究人员感到惊讶的是，对NIST技术的兴趣远远超出了最初的3D打印应用。NIST研究人员表示，涂料，光学和增材制造领域的公司已经达成，有些正在寻求正式的合作。

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