這項新技術利用縱橫交錯的光束在樹脂缸中製造出帶有運動部件的簡單機器

Hecht/Nature

據一項新的研究發現，通過在液體(ti) 樹脂中照射光束，一種被稱為(wei) “xolography”的新型3D打印技術可以生成複雜的中空結構，包括帶有運動部件的簡單機器。

德國勃蘭(lan) 登堡應用科學大學的實驗物理學家、該研究的合著者Martin Regehly說：“我喜歡想象它就像《星際迷航》中的複製器。當你看到光片移動時，你可以看到一些從(cong) 無到有的東(dong) 西。”

傳(chuan) 統的3D打印是逐層創建項目。但是，這種方法在生成空心對象時會(hui) 遇到問題，因為(wei) 懸垂特征會(hui) 自然塌陷而沒有任何支撐它們(men) 的功能。

許多方法都是通過在液體(ti) 樹脂桶上照射光線來實現空心結構的3D打印。在這些所謂的體(ti) 積技術中，光固化了它照射到的任何液體(ti) ，而樹脂的其餘(yu) 部分提供了支撐，防止硬化材料坍塌。

近日，發表在《自然》雜誌上的一項研究表明，德國科學家已經發明了一種新技術，稱為(wei) “xolography”，它比以往的體(ti) 積法具有更高的速度和分辨率。他們(men) 開發了一家名為(wei) xolo的初創公司，將他們(men) 的工作商業(ye) 化。

新技術使用兩(liang) 種光進行打印。首先，矩形的紫外線片從(cong) 初始休眠狀態到潛伏狀態激發樹脂內(nei) 的特殊分子薄層。接下來，使用白光將一張打印物體(ti) 的切片圖像投影到該紙張上， 僅(jin) 使活化的樹脂硬化。“ Xolography”，發音為(wei) “ ksolography”，是指在這種印刷（“石墨”）技術中，相交（“ x”）光束如何產(chan) 生整個(ge) （“全息”）物體(ti) 。

使用X射線照相術，研究人員可以在沒有任何支撐結構的情況下生成自由漂浮的物體(ti) ，例如內(nei) 部帶有可響應流動液體(ti) 旋轉的輪子的簡單機器，或球形籠中的球。他們(men) 還打印了一個(ge) 高度詳細的3厘米寬的人胸像，該人的胸腔內(nei) 部解剖特征明確，例如挖空的鼻腔通道和食道。目前，X射線照相術可以以約55立方毫米/秒的速度打印，結構小至25微米。

以前的一種稱為(wei) 雙光子光聚合的體(ti) 積技術可以產(chan) 生小於(yu) 100納米的特征，但速度很慢，因為(wei) 這種方法中使用的樹脂片隻有在同時吸收兩(liang) 個(ge) 光子時才會(hui) 固化。另一種被稱為(wei) 計算軸向光刻技術，比雙光子光聚合快得多，但僅(jin) 限於(yu) 產(chan) 生大約300微米大的特征，因為(wei) 一個(ge) 點上的樹脂硬化會(hui) 幹擾光線，因為(wei) 它們(men) 試圖在其他區域固化樹脂。

Xolography技術比雙光子光聚合快10萬(wan) 倍，因為(wei) 它不依賴於(yu) 每個(ge) 目標點一次吸收兩(liang) 個(ge) 光子的速度。Regelhy說：“兩(liang) 個(ge) 光子同時撞擊一個(ge) 分子的可能性很小。” “因此，雙光子光聚合可能需要很長時間。”

另外，X射線照相術可以實現的分辨率大約是計算機軸向光刻術的約10倍，因為(wei) 它可以快速，選擇性地僅(jin) 使活化樹脂硬化而不使材料的其餘(yu) 部分硬化。該研究的合著者，德國Aachen大學化學與(yu) 材料科學家Stefan Hecht,說：“我們(men) 永遠不必通過已經寫(xie) 好的東(dong) 西透射光。” 這與(yu) 在空白頁上書(shu) 寫(xie) 而不是在上麵已經書(shu) 寫(xie) 的舊頁上進行書(shu) 寫(xie) 是一樣的。”

xolography的一種可能的主要應用是使用充滿活細胞的液體(ti) 產(chan) 生複雜的生物結構。Hecht指出，xolography技術相對於(yu) 現有生物打印技術的優(you) 勢在於(yu) ，細胞不會(hui) 承受從(cong) 生物打印噴嘴噴出的壓力，而這種壓力可能會(hui) 損壞細胞。

“另一方麵，我們(men) 也可以打印非常硬的東(dong) 西-我們(men) 可以打印玻璃，” Hecht補充說，“我們(men) 可以使用多種多樣的材料。”

研究人員建議，通過使用更強大的激光和修補樹脂，他們(men) 可以加快xolography的打印速度。此外，他們(men) 建議可以使用更複雜的樹脂同時打印多種材料，以便生產(chan) 傳(chuan) 感器和電子產(chan) 品等設備，Regelhy說。

未來的研究將探索如何取出仍留在印刷品中的樹脂，Regelhy說，這也引發了一個(ge) 問題，即是否有可能再利用這種液體(ti) 。