《Nature》論文：創(chuàng)業(yè)公司xolo開(kāi)發(fā)出雙色體積3D打印方法

2021年1月11日，南極熊獲悉，《Nature》雜志上發(fā)表了一篇題為 "Xolography for linear volumetric 3D printing "的論文，文章中介紹了德國(guó)柏林Aldershof科技園的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一種新型雙色體積式3D打印方法。

這種名為xolography的新型體積打印工藝，由創(chuàng)業(yè)公司xolo的創(chuàng)始人Dirk Radzinski與IRIS Aldershof化學(xué)家Stefan Hecht和物理學(xué)家Martin Regehly一起負(fù)責(zé)。據(jù)稱，新工藝解決了傳統(tǒng)樹(shù)脂打印中的三個(gè) "嚴(yán)重限制"：速度、表面質(zhì)量和材料特性。

Radzinski說(shuō)："這是體積打印的開(kāi)始，與每一項(xiàng)新技術(shù)一樣，它需要一些時(shí)間來(lái)發(fā)展。但考慮到現(xiàn)在的發(fā)展速度，考慮到我們只用了有限的時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，只有幾個(gè)人，我真的很期待體積3D打印的未來(lái)。"

△科學(xué)家們通過(guò)xolography技術(shù)3D打印的球，圖片來(lái)自Dirk Radzinski/xolo

體積式3D打印

體積式3D打印被認(rèn)為是增材制造方法的下一個(gè)趨勢(shì)，從所有空間方向同時(shí)打印，在幾秒鐘內(nèi)產(chǎn)生整個(gè)物體。這種方法已經(jīng)出現(xiàn)了一段時(shí)間，近年來(lái)這項(xiàng)技術(shù)取得了一些進(jìn)展。

2017年，來(lái)自美國(guó)一系列大學(xué)的研究人員展示了一種體積3D打印的方法，而最近體積3D打印已被用于構(gòu)建基于過(guò)氧化物基的太陽(yáng)能電池板。

烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心(UMC)和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)之間的合作開(kāi)發(fā)了一種體積式3D生物打印工藝，以創(chuàng)建自由形態(tài)的組織結(jié)構(gòu)。

Xolography是如何工作的？

Xolography是一種雙色體積式3D打印工藝，與立體光刻技術(shù)一樣，利用光固化光刻膠。然而，在立體光刻技術(shù)中，當(dāng)光投射到裝有樹(shù)脂的大桶中時(shí)，會(huì)沿著整個(gè)光路進(jìn)行固化，而Xolography工藝則需要兩種不同波長(zhǎng)的光來(lái)聚合。藍(lán)光和紅光相交并同時(shí)與樹(shù)脂中的雙色光引發(fā)劑相遇，就會(huì)發(fā)生固化。

到目前為止，科學(xué)家們已經(jīng)通過(guò)成功3D打印一個(gè)球、一個(gè)芭蕾舞演員、一個(gè) "思想家 "雕像、一個(gè)板凳，甚至一個(gè)牙科模具來(lái)證明他們的方法。

△體積數(shù)字化制造，（a、d、g、j）3D模型，（b、e、h、k）打印物體的照片，（c、f、i、l）和后處理前的照片，圖片來(lái)自《Nature》

Xolography與傳統(tǒng)3D打印方法的比較

據(jù)Radzinski介紹，xolography有三個(gè)主要的顯著特點(diǎn)，有別于其他利用光固化光聚合物的樹(shù)脂3D打印技術(shù)。首先，由于構(gòu)建板沒(méi)有移動(dòng)，而且在下一個(gè)部件固化之前不需要完成聚合，因此xolography工藝的速度明顯加快。

其次，由于工藝速度快，同時(shí)又能保持較高的打印分辨率，通過(guò)xolography打印的零件表面異常光滑。科學(xué)家們的論文指出，xolography的分辨率可以達(dá)到以前所有已知的體積打印工藝的10倍，目的是在不需要拋光的情況下打印光學(xué)級(jí)部件，這是目前現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的壯舉。

第三個(gè)主要區(qū)別涉及xolography工藝中使用的打印材料，Radzinski說(shuō)，這些材料具有 "巨大的潛力"，可以顯示出制造中所需要的特性。Xolography使用高粘性樹(shù)脂，這在立體光刻技術(shù)中是不可能的，因?yàn)闃?shù)脂必須在構(gòu)建板和打印窗口之間快速流動(dòng)。更加粘稠的樹(shù)脂擁有更長(zhǎng)的分子鏈，這使得科學(xué)家們能夠生產(chǎn)出更加堅(jiān)韌和耐用的物體。

Radzinski補(bǔ)充道："使用普通的樹(shù)脂打印機(jī)，你需要一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)來(lái)固定你的對(duì)象。在容積式打印中，樹(shù)脂可以支撐物體。"

△通過(guò)xolography 3D打印的牙科模具，圖片來(lái)自 Dirk Radzinski/xolo

潛在的應(yīng)用

Xolography非常適合打印尺寸在10厘米左右的小尺寸物體，Radzinski將牙科或助聽(tīng)器市場(chǎng)中的模型尺寸視為這種工藝的潛在 "完美 "應(yīng)用。光學(xué)市場(chǎng)的自由形態(tài)鏡片、光導(dǎo)體，特別是無(wú)法通過(guò)注塑生產(chǎn)的光學(xué)設(shè)計(jì)，也是科學(xué)家們感興趣的領(lǐng)域。

Radzinski說(shuō)，目前，xolography的應(yīng)用在整個(gè)航空航天和汽車市場(chǎng)都很少見(jiàn)，因?yàn)樵跇?shù)脂的體積中打印非常大的物體是沒(méi)有意義的，盡管在汽車領(lǐng)域偶爾會(huì)有尺寸較小的物體的使用案例。xolography方法的多功能性意味著科學(xué)家們可以打印硬的和軟的物體，這可能對(duì)未來(lái)的光學(xué)、流體和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的制造有重大影響。

Radzinski提出："在材料光譜的另一端是打印水凝膠，這項(xiàng)技術(shù)有很大的前景，可以在組織工程中生物打印支架，并在更遙遠(yuǎn)的未來(lái)有可能打印器官。"

關(guān)于xolography方法的更多細(xì)節(jié)可以在《Nature》雜志上發(fā)表的題為 "Xolography for linear volumetric 3D printing "的論文中找到。該論文由M. Regehly、Y. Garmshausen、M. Reuter、N. König、E. Israel、D. Kelly、C. Chou、K. Koch、B. Asfari和S. Hecht共同撰寫(xiě)。

目前，xolo已經(jīng)制造出基于這項(xiàng)技術(shù)的3D打印機(jī)。