什么是3D打印空心结构？

据一项新的研究发现，通过在液体树脂中照射光束，一种被称为“xolography”的新型3D打印技术可以生成复杂的中空结构，包括带有运动部件的简单机器。

德国勃兰登堡应用科学大学的实验物理学家、该研究的合著者Martin Regehly说：“我喜欢想象它就像《星际迷航》中的复制器。当你看到光片移动时，你可以看到一些从无到有的东西。”

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

许多方法都是通过在液体树脂桶上照射光线来实现空心结构的3D打印。在这些所谓的体积技术中，光固化了它照射到的任何液体，而树脂的其余部分提供了支撑，防止硬化材料坍塌。

近日，发表在《自然》杂志上的一项研究表明，德国科学家已经发明了一种新技术，称为“xolography”，它比以往的体积法具有更高的速度和分辨率。他们开发了一家名为xolo的初创公司，将他们的工作商业化。

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。

以前的一种称为双光子光聚合的体积技术可以产生小于100纳米的特征，但速度很慢，因为这种方法中使用的树脂片只有在同时吸收两个光子时才会固化。另一种被称为计算轴向光刻技术，比双光子光聚合快得多，但仅限于产生大约300微米大的特征，因为一个点上的树脂硬化会干扰光线，因为它们试图在其他区域固化树脂。

Xolography技术比双光子光聚合快10万倍，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Aachen大学化学与材料科学家Stefan Hecht,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。”

xolography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。Hecht指出，xolography技术相对于现有生物打印技术的优势在于，细胞不会承受从生物打印喷嘴喷出的压力，而这种压力可能会损坏细胞。

“另一方面，我们也可以打印非常硬的东西-我们可以打印玻璃，” Hecht补充说，“我们可以使用多种多样的材料。”

研究人员建议，通过使用更强大的激光和修补树脂，他们可以加快xolography的打印速度。此外，他们建议可以使用更复杂的树脂同时打印多种材料，以便生产传感器和电子产品等设备，Regelhy说。

未来的研究将探索如何取出仍留在印刷品中的树脂，Regelhy说，这也引发了一个问题，即是否有可能再利用这种液体。

来源： IEEE电气电子工程师