今日Nature：体积3D打印再获突破，超高分辨物体仅需几秒

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瑞士洛桑联邦理工学院用于高分辨率层析成像打印的实验装置

此前，多光束3D打印的最小特征尺寸被限制为大约300 µm。今年2月，瑞士洛桑联邦理工学院应用光子学设备实验室在《nature communications》发表研究成果，其将优化的投影源与集成的反馈系统相结合，可以在整个构建过程中精确控制光聚合动力学，并在几秒钟内（<30 s）可靠地创建复杂零件。这种反馈增强的层析成像重建技术，可以使零件的分辨率达到80µm，能够批量生产厘米级丙烯酸和有机硅零件，从而在一定程度上媲美现有成熟的光固化工艺，为后续更为快速的工业化增材制造打开了道路。

本月，《nature》杂志再次发表体积3D打印的最新研究成果。来自德国勃兰登堡应用技术大学和洪堡大学的研究人员提出了一种新的引发聚合反应的新化学方法，该化学方法可以更好地控制引发和聚合反应发生的液体体积，从而可以进一步提高打印分辨率，而不会牺牲打印速度。

研究人员将这项技术称之为“X射线照相”（xolography）。其使用具有两种不同波长的光束先后与树脂中的光引发剂发生反应，从而在受限体积内引发局部聚合。

在整个过程中，两台光束发生装置以相交位置固定放置。第一束光用来“激活”一个区域（切割光圈范围内光引发剂分子主链上的一个分子环），然后第二束光（包含切片图像）将被激活的树脂聚合、固化。随后，树脂相对于第二束光（切片图像）位置反向移动，树脂被激活区域相对已固化区域前置，连续投射的切片图像不断在新激活区域发生聚合反应，最终零件制造完成。

“X射线照相”体积3D打印光学装置示意图

“X射线照相”体积3D打印概念图

与轴向光刻体积打印的区别在于光束曝光区域始终被限制

该过程的优势在于，相比于此前的体积3D打印装置来说，确保了曝光区域一直被限制一定区域之内（光束交叉位置）中，所有特定体素在固化光下只暴露一次。这将使零件的分辨率显著提高，通过从多个侧面激活打印区域和在容器周围旋转规定强度分布的光片，可以实现更深的打印量和更高的打印速度。

X射线照相体积3D打印示例

打印件具有较好的机械强度

研究人员指出，在没有任何计算机辅助优化和反馈系统的条件下，目前的分辨率大约是以前已知的所有宏观体积3D打印工艺的10倍，而如果使用更佳的光学系统，该技术的制造精度可达到10μm以下。

在打印速度方面，“X射线照相”体积3D打印的速度比双光子聚合技术高出10⁴-10⁵倍，并与计算轴向光刻技术具有相同数量级。可以预见，使用瓦特级的激光源（目前为70mw）和热弛豫时间更快的光引发剂，速度将大幅提高。

评论：光固化3D打印工艺正在经历速度迭代，从传统的SLA到以CLIP和HARP技术为代表的高速光固化，下一代是否是体积3D打印技术呢？