這項新技術利用縱橫交錯的光束在樹脂缸中制造出帶有運動部件的簡單機器

Hecht/Nature

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

德國勃蘭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》中的復制器。當你看到光片移動時，你可以看到一些從無到有的東西。”

傳統的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遇到問題，因為懸垂特征會自然塌陷而沒有任何支撐它們的功能。

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

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

新技術使用兩種光進行打印。首先，矩形的紫外線片從初始休眠狀態到潛伏狀態激發樹脂內的特殊分子薄層。接下來，使用白光將一張打印物體的切片圖像投影到該紙張上， 僅使活化的樹脂硬化?！?Xolography”，發音為“ ksolography”，是指在這種印刷（“石墨”）技術中，相交（“ x”）光束如何產生整個（“全息”）物體。

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，例如內部帶有可響應流動液體旋轉的輪子的簡單機器，或球形籠中的球。他們還打印了一個高度詳細的3厘米寬的人胸像，該人的胸腔內部解剖特征明確，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。

以前的一種稱為雙光子光聚合的體積技術可以產生小于100納米的特征，但速度很慢，因為這種方法中使用的樹脂片只有在同時吸收兩個光子時才會固化。另一種被稱為計算軸向光刻技術，比雙光子光聚合快得多，但僅限于產生大約300微米大的特征，因為一個點上的樹脂硬化會干擾光線，因為它們試圖在其他區域固化樹脂。

Xolography技術比雙光子光聚合快10萬倍，因為它不依賴于每個目標點一次吸收兩個光子的速度。Regelhy說：“兩個光子同時撞擊一個分子的可能性很小。” “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，因為它可以快速，選擇性地僅使活化樹脂硬化而不使材料的其余部分硬化。該研究的合著者，德國Aachen大學化學與材料科學家Stefan Hecht,說：“我們永遠不必通過已經寫好的東西透射光?！?這與在空白頁上書寫而不是在上面已經書寫的舊頁上進行書寫是一樣的?！?/p>

xolography的一種可能的主要應用是使用充滿活細胞的液體產生復雜的生物結構。Hecht指出，xolography技術相對于現有生物打印技術的優勢在于，細胞不會承受從生物打印噴嘴噴出的壓力，而這種壓力可能會損壞細胞。

“另一方面，我們也可以打印非常硬的東西-我們可以打印玻璃，” Hecht補充說，“我們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，他們可以加快xolography的打印速度。此外，他們建議可以使用更復雜的樹脂同時打印多種材料，以便生產傳感器和電子產品等設備，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，這也引發了一個問題，即是否有可能再利用這種液體。

責任編輯：xj

原文標題：“Xolography” – 3D打印空心結構

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