【材料】Nature：来自未来的科技——超高分辨率3D打印技术

👉研究背景

增材制造（Additive Manufacturing，AM）即3D打印，出现在20世纪90年代中期，其原理是通过软件与数控系统将专用的金属材料或者非金属材料逐层堆积，从而制造出实体物品的制造技术。1986年，美国科学家Charles Hull开发了人类历史上第一台商业3D立体打印机。经过几十年的发展，3D打印技术在逐步发展，其应用范围也在迅速扩大，包括文物修复，运动鞋部件、牙科陶瓷、贵重饰品和航空航天部件的大规模生产，以及微流体、医疗设备和人工器官的制造等等，但这一技术目前仍然有诸多缺陷，例如非打印区域也会呈现固体，打印速度慢、分辨率普遍较低。作为目前最先进的3D打印技术之一，体积增材制造（Volumetric Additive Manufacturing，VAM）技术可以直接通过光将液态前驱体直接固化，实现一次成型，是未来3D打印技术前进的方向，也是3D打印领域顶尖科研实力的方向标。

📕研究内容

近日，德国勃兰登堡应用科学大学的Martin Regehly教授和亚琛工业大学的Stefan Hecht教授合作，开发出一种新型双色3D打印技术——Xolography，该技术利用两种不同波长的交叉光束激发光开关，诱导引发受限单体体积内的局部聚合，从而实现固化整个物体。相关研究工作发表在顶级期刊Nature（DOI: 10.1038/s41586-020-3029-7）上。

（图片来源：Nature）

🏂研究方法

体积增材制造技术一般包括双光子聚合（TPP）技术和计算轴向光刻（CAL）技术。TPP技术分层打印制造固体，打印速度很慢（1-20 mm³/h），但是分辨率高达100 nm，通常用于制造毫米尺度的物体。CAL技术可以一次性打印所设计的三维固体，但也存在着设备成本高、打印时间长的缺陷。

（图片来源：xolo3d.com）

本文中，作者提出一种新型的Xolography技术进行微小尺度的3D打印。其打印原理如下：首先利用一定厚度的蓝光穿过一定体积的粘性树脂，激活溶解在树脂中的双色光引发剂分子（DCPI）。接着，第二光红光将要打印的物体切片图像垂直地投影到光片的平面中。由于两束光的波长差异，导致活化的DCPI在两个波长的光交叉处引发树脂的聚合反应，从而固化树脂。接着缓缓移动树脂模块，改变物体切片图像，逐层打印，堆叠对象，从而实现立体物体的成功打印。

（图片来源：Nature）

这种3D打印技术的分辨率高达25 μm，打印速度最高55 mm³/s，可以打印出毫米到厘米大小、具有微米大小特征的物体。更加夸张的是，这种技术可以在8 mm的密封笼子里打印一个小球，这在传统3D打印技术里是难以实现的。

（图片来源：Nature）

（图片来源：Nature）

🔚研究结论

研究者开发出一种新型的双色3D打印技术Xolography，利用两种不同波长的交叉光束激发光分子开关，诱导引发受限单体体积内树脂的局部聚合，固化整个物体。该技术通过简单的洗脱即可打印出分辨率高达25 μm的3D物体，且固化速度最高可达到55 mm³/s。