没有氧的参与

Origin正在为大规模3D打印做同样的努力，创始团队拥有着在Apple和Google X公司的软件工程工作背景，不仅仅开发硬件，Origin为他们的3D打印系统编写基于云的软件平台解决方案，通过这个云平台，Origin正在为Beast Mode和其他一些公司大规模生产产品，生产了数以万计的最终零部件。

Origin的3D打印机是在Ember 3D打印机的基础上高度改良而成的，当时克服的两个直接问题是Ember的小体积和可以打印的有限材料。

当欧特克关闭Ember的时候，Origin聘请了很多来自Ember团队的人，在Ember的基础上进行了创兴，与DLP和立体光刻（SLA）系统一样，Origin的3D打印设备也是光固化过程，他们将这一过程称为可编程光聚合（P3），不过与其他光固化过程不同，P3可编程光聚合过程不含氧。

图：使用BASF材料，由Origin 3D打印的产品

据悉，Origin的3D打印设备在打印过程中不像市场上其他基于DLP或SLA的工艺有氧气的主动或被动参与过程。例如，Carbon的数字光合成使用透氧层来加速3D打印过程，氧气是主动参与的过程；而标准的SLA技术允许氧气存在于构建区域，氧气是一种被动参与的过程。

没有氧气参与的一个令人兴奋的方面是，它超越了目前所使用的丙烯酸酯和环氧树脂类化学材料。比如说聚烯烃高分子材料就作为可以用P3技术的材料。目前Origin公司在用的聚烯烃高分子材料是聚丙烯。

 材料API

Origin公司采用的开放材料平台，材料开发人员可以在其开放平台上创建打印工艺参数。类似于软件的开放接口，Origin将开放材料称为“材料API”，包括Origin的合作伙伴斯坦福大学的研究实验室等合作伙伴都可以在P3系统上测试打印其独特的材料。

到目前为止，Origin已经与巴斯夫合作材料与打印工艺的开发。 P3目前可以使用巴斯夫Ultracur3D系列的光聚合材料进行打印工作。

Origin对材料合作伙伴持有非常开放的态度，他们认为必须有一个开放的材料平台来接近制造业。如果Origin我们自己生产所有材料，生产要满足制造业所需要的上万种材料将是不可能的，所以需要一个开放市场的力量来推动3D打印技术满足制造业的产业化需求。

除了P3采用开放性的平台与更广泛的材料厂商合作之外，P3的硬件和软件具有可扩展的特性。根据3D科学谷的了解，其3D打印机采用模块化设计，每个单元的占地面积为400毫米。打印室不仅是模块化的，而且其他硬件组件可以设计成集成在打印系统中。这可能包括后处理站，过程中质量控制系统（QA）和自动化组件。

Origin的硬件有一个软件控制的磁性运动连接系统，目前已获得专利，Origin计划向其他硬件公司开放，以便从硬件角度扩展实际打印平台的功能，这主要是基于Origin认为更先进的材料化学需要硬件加以配合改变，为此Origin希望打造一个进行QA和机器人自动化的生态系统。这将不是一个端口 – 不仅仅是连接到系统的层面，这基本上是一种可以扩展系统的方式，包括其打印过程的可扩展性。

这也是通过开放软件API实现的，这将使软件公司能够为3D打印业界创造新技术。这可能包括修改打印流程，管理P3系统或使用特定方法管理这些系统。

目前Origin的用户包括一级汽车客户，鞋类品牌和政府团体，此外，Origin的技术在可持续发展的层面上有两个优点。在环境可持续发展方面，开放式材料理念将使Origin随着正在发展的环保生态趋势，配合材料公司开发出用于P3工艺的低毒塑料和可生物降解的塑料。此外，据称Origin P3的能源消耗程度也低于其他技术，在这方面，其合作伙伴之一已开发出一种材料，其使用的能量比注塑或选择性激光烧结少得多。

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就运动护齿而言，它不仅仅是搏击项目中才用到的装备，其实在几乎所有可能受伤的体育项目中都可以用到运动护齿牙套，但在全民体育迅速推进的今天，运动护齿牙套等防护设备的重要性却鲜为人知。

据《国际口腔医学杂志》统计，全球每年因运动导致的牙缺失高达1.1亿颗，篮球运动的牙外伤发生率高达70.6%，仅次于拳击（73.3%的牙外伤发生率），而每颗种植牙的花费至少万元，而且还要忍受3个月的无牙期以及6个月以上的恢复期。此外，佩戴护齿还能有效保护唇部、牙龈、下颌骨，避免脑震荡，选择品质优良的护齿势，才能无忧享受运动。

目前，市面上在售的运动护齿有三种类型。第一类市售成品，直接放入口就可以使用。这一类护齿器价格低廉，预成形、即买即戴。但遗憾的是，这种护齿比较笨重，佩戴不够舒适，且可能会妨碍呼吸和说话。由于不够贴合，在运动中脱落的几率很高，会影响球员的发挥，也影响球员的斗志和情绪。

第二类是市售半成品，使用前放入热水中软化，经过咬合，冷却成型。这种加热、咬合式护齿形状是预先成形的；通过热水加热可以改变它的形状，通过咬合成型，可以适合不同的人配戴。这种护齿器配戴比普通护齿器更贴合，但精确性和舒适性仍有不足。

而斯邦奇则是第三类——深度定制护齿。这种护齿通过牙齿模型制作，由口腔医师和技师深度定制而成，异物感少、佩戴舒适、不影响呼吸。

据了解，斯邦奇使用数字化口腔扫描设备获取球员的口腔数字模型，再运用精度达25微米（发丝1/4）的DLP 3D打印机制作球员的牙齿模型，在此基础上使用Dreve提供的获欧盟认证的医用级高分子材料，为球员制作出个性化运动护齿（此前，Dreve曾为200名里约奥运选手提供运动护齿）。

斯邦奇有3种不同防护程度的定制护齿，以适合不同运动和不同年龄层的用户，而且固位精确、佩戴稳定、有效减缓冲击，其可移动咬合关系设计及颌关节缓冲装置设计，能有效吸收、分散颌关节受到的冲击力，最大限度地减少口腔颜面部的损伤，防止颌骨错位及骨折，降低脑震荡发生的可能，可广泛应用于篮球、足球、拳击等竞技类运动。

此前，斯邦奇与精武门俱乐部达成合作，为精武门俱乐部的专业综合格斗运动员提供运动护齿，以迎战国内各大顶级格斗联赛（如武林风、精武门联赛等），斯邦奇运动护齿的舒适度、防御力、外观均获格斗运动员的广泛好评。

开展全民体育健身活动，推进体育强国建设，不单单是指体育水平、体育训练理论的提高，还在于体育运动的事前保护措施的提升，运动护齿牙套等防护设施在细节上决定了我国全民体育水平的高度，在体育风潮时代，选择一款好的护齿，势在必行。

斯邦奇属于黑格科技旗下品牌“德雅医疗”，德雅医疗生产的无托槽隐形矫治器、德雅DSN止鼾器、斯邦奇定制式运动护齿等。

黑格科技以自研发的高精度DLP 3D打印机——Ultracraft A2，以及与德国3D打印材料研发尖端企业Detax公司共同研发的多款医用级3D打印材料，搭建了一套完善的数字化口腔医疗解决方案。

Ultracraft A2，实际打印精度达25微米（仅发丝的1/4），并具有十余种创新技术亮点，如SP (side-peel) 、SS（smart-separation）等技术，能优化打印剥离过程，保证打印成功率与稳定度；具有高级图像算法，确保出品表面顺滑；具有材料液位传感器、自动加料系统、温度控制系统，确保机器长时间稳定运作；突破传统3D打印机所面临的难题，实现长时间批量化生产、材料选择多样化、高效率与高精度打印。这些性能与口腔医疗的特性相符，满足口腔医疗对作业效率、准确度的严格要求。

Ultracraft A2能批量生产多种定制化的牙科手术器械，如临时牙冠、牙桥，种植导板，牙科模型，铸造牙，个性化托盘等产品，可协助口腔医疗行业进行数字化转型，摆脱口腔医疗对传统经验的依赖。

黑格与德国3D材料研发尖端企业Detax合作，共同研发了获欧盟医疗认证的ULTRACRAFT牙科专用树脂，可制作牙科手术导板、临时牙桥牙冠、牙科超硬模型、牙科耐高温模型、牙科专用铸造红蜡等多种产品，可覆盖绝大部分牙科医疗产品的生产。

为了更快普及3D打印在牙科领域的应用，黑格科技推出“零租金”3D打印机租赁模式，将自研发的3D打印机“零租金”交付给牙科医院、牙科诊所、牙科技工所等合作机构，合作机构只需按照自身需求购买3D打印材料，大大降低了高精度3D打印机的使用门槛。

综合自：太平洋电脑网，中国网

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本期，3D科学谷与谷友一起来领略从美国名校归来的团队所创业的黑格科技是如何“快、狠、准”的切入到3D打印市场的。

根据黑格科技的官方网站，“黑格科技”全称“广州黑格智能科技有限公司”，成立于2015年6月，总部位于中国广州，是一家海归创业的公司。U1耳机是黑格科技自主研发的首款产品，是一款融入“分体蓝牙”、“3D打印”、“触摸控制”、“无线充电”于一体的智能全无线蓝牙耳机，能让用户无拘无束的享受音乐。

-- 精心打磨耳机产品

就在2016.06.01 黑格科技成立一周年，并宣布U1耳机发布会于2016年6月16日在北京798举行。

黑格科技在耳机腔体上采用了人体工程学原理设计。黑格科技称黑格含有上万对亚洲人耳模型的大数据库，设计出适配绝大多数人的外形，兼具佩戴的稳定性与舒适度。在此模型下，任何细微的外形变动都有可能造成佩戴的不适，因此粗糙的模具制作方式首先就被淘汰了。黑格自主研发的3D打印技术，其精度高达25μm，相当于头发丝的1/4，3D打印批量生产出的成品几乎完全一致，满足了人体工学原理的苛刻要求。

耳机发布后短短的3个月，首批 30000 副黑格U1宣告售罄，同时收获了众多用户的好评。

3D打印方面，黑格的特殊之处在于黑格科技为了打造独具特色的耳机产品从而研发了从效率和精度方面满足生产需求的3D打印设备。这为黑格从耳机的市场扩展到其他市场奠定了基础。

此外，黑格在宣传方面或许受到了其天使投资人徐小平的启发，黑格U1耳机发布会采用了线上直播的形式，集结了四十位网红主播，在京东直播、花椒、一直播等平台吸引了数十万用户的关注。而如今的黑格耳机已经拥有了自己的天猫旗舰店。

-- 业务扩展：口腔市场

根据凤凰网，2018年1月，黑格和拜瑞口腔达成战略合作，双方将共同建立数字化牙科智造实验基地，研发数字化口腔医疗产品以及口腔医疗3D打印材料。目前，黑格的3D打印技术已获口腔医疗市场广泛认可，其高精度数字化口腔医疗产品将逐步应用于实际业务。

传统口腔修复程序繁复，耗时较长，给患者带来了不少痛苦。以传统种植牙手术为例，需要先翻开牙龈，在牙槽骨上打一颗固定假牙用的“螺纹钉（种植体）”，然后再切开牙龈，在“螺纹钉”上安装假牙，整个过程依赖牙科医生的经验与判断，而且持续时间长，患者创伤较大。 而使用黑格的3D打印技术，可在手术前为患者定制数字化口腔医疗产品——种植手术导板：针对患者具体情况，避开神经与血管，在手术前精准地确定种植体半径、种植深度、倾斜度以及种植体与牙颌窦底距离等关键信息。牙医按照种植导板的“导航”进行操作，不需要反复切开、翻瓣、缝合，缩短了种植手术时间，使手术更加精准，降低了种植牙手术的难度与门槛，让更多牙医可施行种植牙手术，同时大大减少了患者的痛苦。

但数字化口腔医疗的一个基本门槛是3D打印件的精度能否满足实际医疗需求。因此，黑格和拜瑞口腔做了3D打印精度试验，用3D打印对比手工倒模，通过精度试验之后，方可将黑格的数字化口腔医疗产品用于实际医疗之中。

试验中选择了中切牙、侧切牙、尖牙各2颗的复杂种植手术进行试验，拜瑞通过传统的手工倒模，制作出石膏模型与6只陶瓷单冠，然后扫描出基牙和种植体的3D建模。

黑格科技拿到3D建模后，为3D建模添加支撑、重新排版。 打印完成后，经过超声波清洗、烘干、光固化、去支撑、打磨等一系列后处理工序，得到了3D打印模型。格打印的基牙模型，完美匹配了拜瑞手工制作的6只单冠，且与邻接的牙齿边缘密合，邻接关系良好，顺利通过精度试验，可应用于批量数字化口腔医疗产品的制作。黑格已成功用高精度3D打印技术，制备活动义齿、固定桥、全冠、种植导板、隐形牙套等多种数字化口腔医疗产品，并均有成功案例，规模化应用后，可取代繁杂的手工工序，大大提高牙科技工所的生产效率。

-- 3D打印自动生产线Ultracraft Mass

黑格科技自主研发的3D打印自动化生产线——Ultracraft Mass包含四个打印区域，并且可以同时使用4种不同的专业材料（如工程树脂、医用树脂、铸造树脂等）同时打印四种不同产品，大大提高生产效率。每个打印区域均采用世界上最先进的UV LED技术，可使UV光源寿命大幅提升，达到50,000小时，搭配超高精度的激光测距仪和自动加料系统，保证一天生的生产无需频繁的检查和人工加料。

为了实现可扩展的柔性设计，自动线采用模组化、可视化设计，各个独立模组可以独立，可通过增加模组与机械臂的数量，柔性扩张产量，还能实时观察生产情况。

软件设计采用了顶级的工业PLC（可编程控制器）进行整机的动作控制与传感器数据采集，同时搭载工业级电脑进行全方位的数据协调。软件上的优化让客户可以在一台主机上管理多台设备同时运行，加入的机器学习算法可以让设备在批量化生产的过程中收集打印数据，通过大数据建模，分析打印失败的原因并进行自我优化，不断提升打印成功率。

配合黑格自研发的打印计划管理系统——Ultracraft Planner，该系统会对文件进行整体的分析，计算出包括预计打印时长、预计耗材损耗量等信息，同时该软件能够判断哪台设备有空闲，并自动生成工作队列，使自动线实现在无人值守环境下，24小时批量生产，真正做到了人工只需要在电脑上输入数据，就能打印（生产）实体产品的智能定制化量产流程。

小结：在3D科学谷看来，从耳机应用端“挖到”第一桶金的黑格，正在走上重新制定光固化3D打印游戏规则的道路，不仅仅挑战打印精度、效率和后处理技术，还实现完全自动化无人看守的产线交付能力。而黑格自身也在进行产业化升级，正在打造智能制造平台3D打印服务，不仅仅是消费品和牙科领域的产品，甚至还涵盖铸造领域的光固化3D打印服务，从单个生产到批量生产，通过在线提交的模式，黑格提供一站式的交付服务。

参考来源：黑格科技官网、凤凰网

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所以即便是比传统方法能生产出更复杂的产品，在一些专业级的工业生产领域如注塑生产，迄今为止，3D打印很难挑战注塑方式在大规模生产方面的速度。然而，虽然阻力重重，3D打印却在打印速度方面不断获得突破。

LLNL（劳伦斯·利弗莫尔国家实验室）国家实验室推出了一种新的瞬时光刻技术可以通过使用全息光场在几秒钟内完成整个3D形状的制作。

LLNL的研究人员开发的这项技术使用了特殊的树脂，当它们暴露在光下时会凝固。通过在充满树脂的槽中照射三束激光束以创建3D图案，从而能够在短短10秒内一次性制造3D结构的产品。这项技术能够一次性构建整个结构，消除了逐层3D打印方法的局限性，并显著提高了系统的制造速度。

具体的技术原理发表在《科学进展》杂志上 (下载资料请申请加入3D科学谷产业链QQ群529965687），研究人员通过将三维全息图像分成三个不同的部分，然后通过分开的激光束将其投射到树脂箱中，激光从前部、底部和侧面进入，在激光重叠的地方形成3D光场。研究人员使用的树脂是一种光敏聚合物，一旦达到了一定的激光能量照射阈值，就会发生固化反应，固化结束后液态树脂被排出，留下3D结构的产品。

图片来源：Sci. Adv. 2017; 3: eaao5496

该小组使用他们的技术来打印了一系列毫米级的产品，包括立方体、金字塔和网格结构。通过优化，这种近瞬时光固化方法可以达到几微米的分辨率。

图片来源：Sci. Adv. 2017; 3: eaao5496

图片来源：Sci. Adv. 2017; 3: eaao5496

不过要让激光实现在树脂的均匀分布意味着这种制造技术不太适合于大型结构部件，但根据LLNL，目前制造1000立方毫米（1立方厘米）大小的产品是非常可行的。

关于这种技术的应用领域，研究人员特别感兴趣的是生物医学植入物。当前关于生物打印活体组织的研究越来越多，这些组织通常使用悬浮在生物相容性物质如水凝胶中的活细胞制成的生物墨水。这些材料通常是柔软的且容易变形，这使得3D打印过程中涉及到大量的运动是不可取的，而LLNL的静态方法可能是一个有前途的选择。

北卡罗来纳大学化学教授兼3D打印公司Carbon联合创始人Joseph DeSimone对LLNL的近瞬时光固化技术感到十分兴奋，他认为这对于提高光聚合物3D制作速度来说是一个有趣的方法。不过，要实现商业化，LLNL还需要推动硬件方面的进步，再配合软件和树脂才能打造一个完整的面向应用端的解决方案配套。

LLNL同意还有很多工作要做，而且目前他们所使用的光聚合物的材料性能仍然有限。此外，研究人员还认为创造3D光场可能比全息投影更好。全息投影需要使用成本高昂的复杂光学设备，并且容易出现“激光散斑”的情况，这使得激光干扰自身，并引起所制造的产品表面粗糙的问题。

LLNL正在尝试通过LED作为光源和幅度调制来代替全息投影以达到相同的效果。目前，LLNL已经在这方面取得了进展。不仅如此，LLNL还在尝试让树脂桶在其光轴上旋转，这可能会带来更大的产品制造方面的几何灵活性。

  3D科学谷REVIEW

关于近瞬时打印技术，很多3D科学谷的谷友或许有印象，2016年，迪士尼申请了名为 ‘Near Instantaneous Object Printing Using a Photo-Curing Liquid’（液体光敏树脂的近瞬时打印技术）。该技术有效地扫除了束缚高速三维打印的最大障碍：第一，缓慢的层到层生产方式；其次，浪费生产时间、材料和后处理费用的支撑结构。

通常，在固化液态光敏树脂的时候，需要系统把电脑的三维CAD图像进行切片处理，然后右光源对树脂进行层层固化加工，而在固化过程中，为了节约材料，通常只固化建模图形的外壁，也就是说产品是空心或者内部是蜂窝状的。而根据迪士尼的专利申请描述，迪士尼的3D打印技术绕过层层扫描固化的生产方法，而是通过一个或更多的光源将三维模型“注入”液态树脂内。几乎在瞬时间，三维模型就被固化出来，而以往层层生产这样的产品需要几个小时，现在变为几分钟。

3D科学谷认为这一专利的核心在于其聚焦透镜技术，如此大量的光“注入”光敏树脂槽内，这需要巧妙地设计光折射，而我们知道光固化树脂有其固化波长范围。迪士尼聚焦透镜技术通过光学组件的反射或重定向聚焦来控制三维物体的外表面反射光波长，从而恰到好处的控制光敏树脂固化，形成精确光滑的固化表面。

迪士尼近瞬时三维打印工艺的另一个令人兴奋的特点是不需要支撑结构。在传统的3D打印方式中，如果打印对象有外伸部件如带檐的帽子或张开双臂，就需要在建模的过程中增加支撑结构，不仅仅耗费额外的材料和加工时间，在打印完成后也需要额外的去除支撑的后处理工序。迪士尼的解决方案是通过未固化的液态树脂支撑3D打印对象，打印完成的三维物体漂浮在树脂液体内。

听起来LLNL的技术与迪士尼所申请的专利所描述的技术颇为相似。有关具体的区别，3D科学谷将保持持续关注。

在光固化领域，LLNL在2015年还发明了大面积投影微立体光刻技术（Large Area Projection Micro Stereolithography－LAPμSL），该方法可用紫外光创建出比以前常见的微立体光刻技术更大、更精细的3D对象。这项技术解决了大与精致的矛盾，有望将光敏树脂3D打印的应用在间接模具领域推向一个新的高度，包括那些中空的、极轻、高精、极复杂的大型部件的制造技术突破。

LAPμSL技术所能实现的微精度来自于LLNL对于打印系统关键的光学元件进行的专门设计和定制，其大来自于通过LLNL专门的软件进行大面积范围的扫描，复制和重叠高清晰图像。这好比是将DLP与SLA的技术优势结合起来，既具有出色细节的直接光处理技术，又具有更高的速度和大得多的区域扫描方法，这使得研究人员能够更快地3D打印出更大和更为复杂的对象，同时保持难以置信的高分辨率，其细部特征可以达到微米级。

可以说LLNL在立体光刻领域正在挺进瞬时、微米级的技术突破范畴。

参考资料：one step volumetric additive manufacturing of complex polymer structures

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