通訊單位：Brandenburg University of Applied Science, Humboldt-Universität zu Berlin, DWI—Leibniz Institute for Interactive Materials, RWTH Aachen University, Germany

DOI：10.1038/s41586-020-3029-7

背景介紹

3D列印技術（也即增材製造）的應用範圍正在迅速擴大，包括運動鞋部件、牙用陶瓷和航空航天部件的批次生產以及微流體、醫療裝置和人造器官的製造。目前所使用的光誘導增材製造技術由於其對空間和時間解析度的高度控制而特別成功，但目前如立體光刻、鐳射粉末床融合、連續液體介面生產及其後續技術等此類技術仍限制在逐點或分層列印——即順序3D列印上。 而三維一體成型3D列印必將是繼順序增材製造的下一步。

本文亮點

1、作者設計開發了一種X射線攝影的體相雙色3D列印技術，並實驗證明了該技術具有在數秒內生成具有複雜結構特徵、同時具備機械和光學功能的三維物體的能力。

2、與最先進的體相列印技術相比，該技術的解析度比無反饋最佳化的軸向光刻技術高出10倍，且體積生成率比雙光子光聚合高出4~5個數量級。

3、作者認為這項技術超快的體積生成率將能夠促使奈米級到宏觀級物體的製造成型。

4、作者期望X射線攝像術將激發從光引發劑和材料開發到投影和光片技術的研究領域，以及眾多依賴快速、高分辨體相3D列印的其他應用。

圖文解析

▲圖1. X射線攝像3D列印技術

要點：

1、作者採用X射線攝影，透過使用兩個不同波長的相交光束在受限單體體積內引發區域性聚合，來消除列印過程的非線性即雙色光聚合（DCP）。

2、透過新增到樹脂中的雙色光引發劑來介導其固化，該光引發劑由第一波長啟用、第二波長引發或抑制光聚合，基於分子光電開關，不需要任何非線性化學或物理過程。

3、這種雙色3D列印技術是一種可透過現成的、具有成本效益的元件來實現複雜結構及功能物體快速列印的極為靈活的技術。

▲圖2. 三維物體的X射線攝像3D製造

要點：

1、該3D列印過程保留了整個樹脂體積的結構，透過周圍的粘性流體矩陣來穩定和製造複雜的多組分物件。

2、與逐層列印相比，不再需要用於懸垂特徵的支撐結構、精細的後處理過程，且使得與層介面相關的各向異性消失，實現了柔軟物體的固化。

3、此方法具有完整三維繫統一體成型的能力，而無需組裝，但仍可製造包含可活動的部件。

▲圖3. 列印物體結構的高解析度表徵

要點：

1、作者使用掃描電子顯微鏡（SEM）對列印的直徑3 mm的測試板進行表徵發現，其空間解析度為：x和y方向25μm，z方向50μm。

2、作者列印了一個巢狀的富勒烯分子模型，最小的“鍵”直徑為80μm，當其從樹脂中去除後，仍然形成了直徑8 mm的機械穩定結構，充分證實了外部結構不會影響內部體相列印的精度。

3、這種透過將新型雙色光引發劑與用於DCP的新型投射光系統相結合的雙色3D列印技術，利用DCP的潛力實現了真正快速、高解析度的三維體相3D列印。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-3029-7