使用“ X射线照相术” 3D打印空心结构

新技术在一大桶树脂中使用纵横交错的光束来创建具有运动部件的简单机器

一项新的研究发现，通过在液态树脂中照射光束，一种称为“ Xolography”的新3D打印技术可以生成复杂的空心结构，包括带有运动部件的简单机器。

研究合著者，德国勃兰登堡应用科学大学的实验物理学家马丁·雷赫利说：“我想像它就像是《星际迷航》的复制器。” “当您看到光片移动时，您可以看到从无到有的东西。”

传统的3D打印逐层创建项目。这种方法在生成空心物体时会遇到问题，因为悬垂特征会自然塌陷而没有任何支撑它们的功能。

通过寻求在液态树脂的大桶闪耀光至3-d印刷中空结构。在这些所谓的体积技术中，光固化了它照耀的任何液体，而其余的树脂则提供了支撑，以防止硬化的材料塌陷。

现在，德国科学家发明了一种叫做“ X射线照相法”的新技术，该技术比以前的体积方法具有更快的速度和更高的分辨率，本月初在《自然 》杂志上详细介绍了这项研究。他们开发了一家名为xolo的初创公司，将他们的作品商业化。

新技术使用两种光进行打印。首先，矩形的紫外线片从初始休眠状态到潜伏状态激发树脂内的特殊分子薄层。接下来，使用白光将一张打印物体的切片图像投影到该纸张上， 仅使活化的树脂硬化。

“ Xolography”，发音为“ ksolography”，是指在这种印刷（“石墨”）技术中，相交（“ x”）光束如何产生整个（“全息”）物体。

使用X射线照相术，研究人员可以在没有任何支撑结构的情况下生成自由漂浮的物体，例如内部带有可响应流动液体旋转的轮子的简单机器，或球形笼中的球。他们还打印了一个高度详细的3厘米宽的人胸像，该人的胸腔内部解剖特征明确，例如挖空的鼻腔通道和食道。 目前，X射线照相术可以以约55立方毫米/秒的速度打印，结构小至25微米。

一种先前的体积技术，称为双光子光聚合，可以生成尺寸小于100纳米的特征，但速度较慢，因为此方法中使用的树脂斑块只有在同时吸收两个光子时才会固化。另一种被称为计算机轴向光刻，比双光子光聚合快得多，但仅限于产生约300微米大的特征，因为在一个点上硬化的树脂会干扰光线，因为它们试图在其他区域固化树脂。

X射线照相术比双光子光聚合快100,000倍，并且与计算机轴向光刻术差不多快，因为它不依赖于每个目标点一次吸收两个光子的速度。Regelhy说：“两个光子同时撞击一个分子的可能性很小。” “因此，双光子光聚合可能需要很长时间。”

另外，X射线照相术可以实现的分辨率大约是计算机轴向光刻术的约10倍，因为它可以快速，选择性地仅使活化树脂硬化而不使材料的其余部分硬化。该研究的合著者，德国亚琛大学化学与材料科学家斯特凡·赫希特说：“我们永远不必通过已经写好的东西透射光。” “这与在空白页上书写而不是在上面已经书写的旧页上进行书写是一样的。”

X射线照相术的一种可能的主要应用是使用充满活细胞的液体产生复杂的生物结构。赫克特（Hecht）指出，X射线照相术比现有的生物打印技术具有的优势是，细胞不会承受从生物打印机喷嘴喷出而产生的应力，这可能会损害它们。

“另一方面，我们也可以印刷非常坚硬的东西-我们可以印刷玻璃，”赫希特补充道。“我们可以使材料具有惊人的多功能性。”

研究人员建议，通过使用功能更强大的激光并修补树脂，可以加快X射线照相术的印刷速度。此外，他们建议他们可以使用更复杂的树脂同时印刷多种材料，以生产传感器和电子设备等设备。

Regelhy说，未来的研究将探索如何清除残留在印刷品中的树脂。他指出：“这也提出了是否可以重复使用液体的问题。”