近日，一種新型 3D 打印技術——X 線照相體(ti) 積 3D 打印技術橫空出世，其帶來了全新的 “複製” 體(ti) 驗，如下圖所示，研究人員打印出了一幅人體(ti) 半身像。

半身像直徑約 3 厘米，有著精確的內(nei) 部解剖特征，鼻腔和食道均是空的。

質量也很抗“蹧”，用錘子也砸不爛。

而打印一副柏林地標勃蘭(lan) 登堡門，也隻需 68 秒。

該技術是基於(yu) 體(ti) 積增材製造（Volumetric Additive Manufacturing，VAM）的一項進展，相關(guan) 論文由馬丁・雷格利（Martin Regehly）等人發表在《自然》雜誌上。

談及這項研究的初心，現為(wei) 德國勃蘭(lan) 登堡應用技術大學教授的雷格利告訴 DeepTech：“我想嚐試一些新東(dong) 西來擴大我的視野。到目前為(wei) 止，不斷更改研究主題一直讓我受益匪淺。” 

可用較高速度，創建複雜對象

在這項新工藝中，整個(ge) 樹脂體(ti) 積的結構被保留，無需其他精細化處理，即可固化易碎的軟對象，一經問世便廣受關(guan) 注。

該技術允許固體(ti) 物體(ti) 以 25 微米（比頭發絲(si) 半徑還細）的特征分辨率、和 55 立方毫米 / 秒的凝固速度打印出來，打印過程被研究團隊稱為(wei) Xolography，因為(wei) 它使用兩(liang) 個(ge) 不同波長的交叉 X 光束來固化整個(ge) 物體(ti) 。

談及該技術的優(you) 勢，雷格利說：“與(yu) 逐層掃描相比，包括 Xolography 在內(nei) 的 3D 立體(ti) 打印技術的主要優(you) 點是：不僅(jin) 可以形成光滑的表麵，還擁有較高的打印速度，並且無需其他支撐結構，即可創建複雜對象。另外還可一步創建具有移動部件的多組件係統，且能免去後續組裝。反觀傳(chuan) 統 3D 打印技術，在逐層創建目標對象時，往往會(hui) 出現各層之間界限不均勻、或材料缺陷的情況。另外，傳(chuan) 統技術還需要額外時間來塗抹或導流新材料，而這會(hui) 減慢打印速度。” 

雷格利表示，與(yu) 通常僅(jin) 使用紫外線的其他方法相比，Xolography 使用兩(liang) 種不同波長的光進行固化。具體(ti) 來說，該技術會(hui) 在兩(liang) 個(ge) 不同波長的光束相交的地方，使用可見光引發的光引發劑，在密閉的樹脂體(ti) 內(nei) 引發固化，從(cong) 而加快打印速度。

可用於(yu) 打印鞋底和牙科陶瓷等

若要完成 Xolography 的全過程演示，需要一塊矩形光片，並通過一定體(ti) 積的粘性樹脂照射。之所以選擇光的波長、來激發雙色光引發劑（DCPI）分子，是因為(wei) 這種雙色光引發劑可溶解在樹脂中，並能通過在分子主鏈上切割一個(ge) 分子環來實現反應。

圖 | Xolography 3D 打印技術

如上圖，第一波長的光片激發一薄層的光敏分子後，使其從(cong) 休眠狀態變為(wei) 潛在狀態；接著，正交布置的投影儀(yi) 產(chan) 生第二波長的光，將製造 3D 模型的截麵圖像聚焦到光片平麵中。

這時，隻有處於(yu) 潛伏狀態的引發劑分子，可以吸收投影儀(yi) 的光、並使當前層聚合。在樹脂體(ti) 積通過的固定光學裝置同步移動期間，設備會(hui) 投影出一係列圖像，並連續地製造所需對象，最後交叉 X 光束產(chan) 生整個(ge) 全息對象的印刷過程就叫 Xolography。

在過程中，Xolography 需要一種雙色光引發劑（DCPI），雷格利通過將二苯甲酮 Ⅱ 型光引發劑、集成到螺吡喃分子光開關(guan) 中來實現。盡管已有部分研究將後者用作自由基的光開關(guan) 前體(ti) 、來初始化聚合過程，但該實驗的 DCPI 可將有效的光開關(guan) 和光引發特性，與(yu) 有利的光譜以及熱特性相結合。並且，DCPI 和相關(guan) 衍生物的合成相對更簡單。

圖 | 體(ti) 積數字化製造

為(wei) 抑製單波長光引發通道，雷格利等人開發出一款光片方法，以確保樹脂室中的體(ti) 素隻暴露於(yu) 紫外光一次。為(wei) 了產(chan) 生光片，375nm 半導體(ti) 激光器的高斯光束被轉換成發散的激光線，在進一步準直後、聚焦到印刷體(ti) 中心，從(cong) 而實現光束腰向容器邊緣加寬。

另外，容器的 UV 輻照度和速度，可以控製特定樹脂組合物的製造。為(wei) 確定最佳值，該團隊開發出一款校準程序，測試了幾個(ge) 輻照度 - 速度對。結果他們(men) 獲得了一個(ge) 用於(yu) Xolography 的參數空間，該參數空間可分別受到雙色固化所需的最小紫外光劑量和最大劑量限製。

圖 | 高分辨率物體(ti) 特征的表征

相比來說，Xolography 作為(wei) VAM 中引發聚合的新型化學技術，能更好地控製聚合的液體(ti) 體(ti) 積，該技術可將分辨率提高到此前相關(guan) 技術的十倍，且不以犧牲打印速度為(wei) 代價(jia) 。

對於(yu) 本次成果，雷格利等人預測稱，通過使用更好的光學係統，Xolography 的特征分辨率和體(ti) 積生成率可進一步提高，但所有 VAM 係統仍麵臨(lin) 一些挑戰，例如怎樣將打印量擴大、以及找到在同一打印中使用多種材料的方法。

而隨著印刷速度的提高和新材料的出現，如果使用 VAM 和 Xolography 能取得較好進展，則有可能實現商品量產(chan) ，比如生產(chan) 運動鞋零件、牙科陶瓷、航空航天組件、醫療設備等。

一切 “始於(yu) 郊外啤酒花園”

馬丁・雷格利年輕而富有魅力，不僅(jin) 有科學家勇於(yu) 嚐試、不斷試錯的精神，又有創業(ye) 者所獨具的專(zhuan) 注力與(yu) 果敢。

他的專(zhuan) 長是光子成像和係統開發。出生於(yu) 柏林的他，曾在柏林伊爾梅瑙工業(ye) 大學和洪堡大學學習(xi) 物理。

在導師的帶領下，他寫(xie) 了一篇關(guan) 於(yu) 卡西尼號飛船上的氫氘吸收池（HDAC）儀(yi) 器的畢業(ye) 論文。此後，他分別在德國航空航天中心（DLR）和美國大氣與(yu) 空間物理實驗室（LASP）工作。

從(cong) 美國回來後，他跟從(cong) 內(nei) 心對光學的強烈興(xing) 趣，先是寫(xie) 了一篇關(guan) 於(yu) 光生物物理學的博士論文，後來又成立了一家公司，專(zhuan) 注於(yu) 開發和生產(chan) 科學相機以及光學檢測係統。

10 年後，他開始轉換職業(ye) ，並於(yu) 2017 年獲得勃蘭(lan) 登堡應用科技大學視覺科學和光學器件工程教授職位。目前他已婚，並育有 3 個(ge) 孩子。

而今，他所研發的 X 線照相體(ti) 積 3D 打印技術，再度掀起 3D 打印的革命熱潮。不過，此次創新成果來自於(yu) 化學家、物理學家和材料科學家之間的跨學科合作。雷格利主要貢獻了光學和光子學方麵的專(zhuan) 業(ye) 知識。

說起該研究的開端，雷格利戲稱 “始於(yu) 郊外啤酒花園”，他說：“一切開始於(yu) 2018 年夏天柏林郊外啤酒花園裏的輕鬆交談，記得我們(men) 當時聊了很多，討論了一些可行的想法。Stefan（本次研究論文的一位通訊作者）、Dirk Radzinski 都參加了這次對話，他們(men) 對該項目的推進至關(guan) 重要。”

曾經的創業(ye) 經曆，對他來說影響深遠。成長中的初創公司，通常意味著要在時間壓力和有限的資源下工作，所以他學會(hui) 了專(zhuan) 注於(yu) 特定目標。

他說：“多年以來，我在即興(xing) 研究方麵得到了一些經驗。我在學術環境中工作的時間還不夠長，但是到目前為(wei) 止，我還是很滿意的。”

談到企業(ye) 家和學者之間的主要區別時，雷格利表示，作為(wei) 企業(ye) 家的個(ge) 人風險更高，但是可以更迅速地看到成敗。在學術生活中，則需要更多的毅力、以及對負麵結果的寬容。但不可否認的是，兩(liang) 個(ge) 世界都令人感到興(xing) 奮和激動。