Continuous Liquid Interface Production

Continuous Liquid Interface Production (CLIP, технология непрерывного производства на границе раздела жидкостей) — это аддитивный метод трёхмерной печати, основанный на фотополимеризации жидкой смолы под действием ультрафиолетового (УФ) излучения, в котором процесс отверждения происходит непрерывно, без остановок на разделение слоёв, за счёт создания «мёртвой зоны» (dead zone) — тонкого слоя неполимеризованной жидкости между источником света и дном ванны. Технология была разработана компанией Carbon (США) и впервые представлена в 2015 году.

Принцип действия

В основе CLIP лежит управляемая фотополимеризация с использованием кислородного ингибирования. В отличие от традиционной стереолитографии (SLA), где каждый слой печатается отдельно с последующим опусканием платформы и механическим разделением, CLIP обеспечивает непрерывный рост детали.

Процесс происходит в ванне с жидкой фотополимерной смолой, дно которой прозрачно для УФ-излучения и пропускает кислород. Кислород, проходя через дно, образует тонкий (толщиной в десятки микрометров) слой жидкости, где радикальная полимеризация подавлена. Этот слой называется «мёртвой зоной» (dead zone). Над ним, в зоне, где концентрация кислорода недостаточна для ингибирования, смола отверждается под действием УФ-излучения, проецируемого через дно.

Платформа, на которой формируется деталь, непрерывно поднимается вверх с заданной скоростью. При этом УФ-изображение, проецируемое снизу, динамически изменяется в соответствии с поперечным сечением модели на каждом уровне. Таким образом, отверждение происходит непрерывно, без дискретных слоёв, что значительно ускоряет процесс и улучшает качество поверхности.

История

CLIP была разработана группой учёных и инженеров из компании Carbon, основанной в 2013 году Джозефом ДеСимоне (Joseph DeSimone), Александром Ермошкиным, Эдвардом Самюэльсом и другими. Первое публичное описание технологии было опубликовано в журнале Science в марте 2015 года. В статье была продемонстрирована печать сложных геометрических форм с высокой скоростью — например, решётчатая структура была напечатана за 6,5 минут, что в 25–100 раз быстрее традиционных методов SLA.

Carbon привлекла значительные инвестиции (более 600 млн долларов США) от таких фондов, как Sequoia Capital, Silver Lake и других. В 2016 году компания начала коммерческие поставки принтеров серии M1, а затем M2 и L1. В 2019 году Carbon объявила о сотрудничестве с Adidas для производства подошв кроссовок Futurecraft 4D.

Отличия от традиционной стереолитографии

Основные различия между CLIP и классической SLA:

Материалы

Для CLIP используются специальные фотополимерные смолы, разработанные компанией Carbon. Они включают в себя:

• RPU (Rigid Polyurethane) — жёсткий полиуретан, имитирующий свойства ABS-пластика.
• FPU (Flexible Polyurethane) — эластичный полиуретан, напоминающий резину.
• EPU (Elastomeric Polyurethane) — высокоэластичный материал для амортизирующих деталей.
• CE (Cyanate Ester) — высокотемпературный материал с термостойкостью до 220 °C.
• SIL (Silicone) — силиконоподобный материал для медицинских и потребительских изделий.

Все материалы являются термореактивными полимерами, что отличает их от термопластов, используемых в FDM-печати. После печати детали проходят термическую обработку в печи для завершения полимеризации и улучшения механических свойств.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая скорость печати (до 1000 мм/ч по вертикали).
• Гладкая поверхность без видимых слоёв.
• Возможность создания сложных геометрий, включая решётки и внутренние каналы.
• Широкий выбор инженерных материалов с механическими свойствами, близкими к литьевым.
• Масштабируемость: от прототипов до серийного производства.

Недостатки

• Высокая стоимость оборудования (от 50 000 до 500 000 долларов США за принтер).
• Ограниченный выбор материалов (только фирменные смолы Carbon).
• Необходимость постобработки (промывка растворителем и термоотверждение).
• Требования к чистоте и контролю температуры/влажности в помещении.
• Ограниченный размер деталей (до 400×250×400 мм для модели L1).

Применение

CLIP нашла применение в нескольких отраслях:

• Медицина — изготовление хирургических шаблонов, ортопедических имплантатов, слуховых аппаратов, зубных протезов. Материалы CE и SIL одобрены для кратковременного контакта с организмом.
• Автомобильная промышленность — прототипирование деталей, производство оснастки, серийное изготовление элементов интерьера и подкапотного пространства.
• Потребительские товары — обувь (подошвы кроссовок Adidas), спортивный инвентарь, корпуса электроники.
• Промышленное производство — замена литьевых форм для мелкосерийного выпуска деталей.

Интересные факты

• Название «Continuous Liquid Interface Production» отражает ключевую особенность процесса — непрерывное отверждение на границе раздела жидкости и твёрдого тела.
• В 2015 году технология CLIP была признана журналом MIT Technology Review одной из десяти прорывных технологий года.
• Компания Carbon позиционирует CLIP не как метод прототипирования, а как технологию для серийного производства, что отличает её от большинства других аддитивных технологий.

Источники

• Tumbleston, J. R. et al. «Continuous liquid interface production of 3D objects». Science, 2015, Vol. 347, Issue 6228, pp. 1349–1352.
• Официальный сайт компании Carbon (carbon3d.com).
• MIT Technology Review. «10 Breakthrough Technologies 2015: Liquid 3D Printing».
• Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B. «Additive Manufacturing Technologies». Springer, 2015.