這項(xiàng)新技術(shù)利用縱橫交錯(cuò)的光束在樹(shù)脂缸中制造出帶有運(yùn)動(dòng)部件的簡(jiǎn)單機(jī)器

Hecht/Nature

據(jù)一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在液體樹(shù)脂中照射光束，一種被稱(chēng)為“xolography”的新型3D打印技術(shù)可以生成復(fù)雜的中空結(jié)構(gòu)，包括帶有運(yùn)動(dòng)部件的簡(jiǎn)單機(jī)器。

德國(guó)勃蘭登堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家、該研究的合著者M(jìn)artin Regehly說(shuō)：“我喜歡想象它就像《星際迷航》中的復(fù)制器。當(dāng)你看到光片移動(dòng)時(shí)，你可以看到一些從無(wú)到有的東西?！?/p>

傳統(tǒng)的3D打印是逐層創(chuàng)建項(xiàng)目。但是，這種方法在生成空心對(duì)象時(shí)會(huì)遇到問(wèn)題，因?yàn)閼掖固卣鲿?huì)自然塌陷而沒(méi)有任何支撐它們的功能。

許多方法都是通過(guò)在液體樹(shù)脂桶上照射光線來(lái)實(shí)現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)的3D打印。在這些所謂的體積技術(shù)中，光固化了它照射到的任何液體，而樹(shù)脂的其余部分提供了支撐，防止硬化材料坍塌。

近日，發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究表明，德國(guó)科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了一種新技術(shù)，稱(chēng)為“xolography”，它比以往的體積法具有更高的速度和分辨率。他們開(kāi)發(fā)了一家名為xolo的初創(chuàng)公司，將他們的工作商業(yè)化。

新技術(shù)使用兩種光進(jìn)行打印。首先，矩形的紫外線片從初始休眠狀態(tài)到潛伏狀態(tài)激發(fā)樹(shù)脂內(nèi)的特殊分子薄層。接下來(lái)，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(shù)脂硬化?！?Xolography”，發(fā)音為“ ksolography”，是指在這種印刷（“石墨”）技術(shù)中，相交（“ x”）光束如何產(chǎn)生整個(gè)（“全息”）物體。

使用X射線照相術(shù)，研究人員可以在沒(méi)有任何支撐結(jié)構(gòu)的情況下生成自由漂浮的物體，例如內(nèi)部帶有可響應(yīng)流動(dòng)液體旋轉(zhuǎn)的輪子的簡(jiǎn)單機(jī)器，或球形籠中的球。他們還打印了一個(gè)高度詳細(xì)的3厘米寬的人胸像，該人的胸腔內(nèi)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(shù)可以以約55立方毫米/秒的速度打印，結(jié)構(gòu)小至25微米。

以前的一種稱(chēng)為雙光子光聚合的體積技術(shù)可以產(chǎn)生小于100納米的特征，但速度很慢，因?yàn)檫@種方法中使用的樹(shù)脂片只有在同時(shí)吸收兩個(gè)光子時(shí)才會(huì)固化。另一種被稱(chēng)為計(jì)算軸向光刻技術(shù)，比雙光子光聚合快得多，但僅限于產(chǎn)生大約300微米大的特征，因?yàn)橐粋€(gè)點(diǎn)上的樹(shù)脂硬化會(huì)干擾光線，因?yàn)樗鼈冊(cè)噲D在其他區(qū)域固化樹(shù)脂。

Xolography技術(shù)比雙光子光聚合快10萬(wàn)倍，因?yàn)樗灰蕾?lài)于每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)一次吸收兩個(gè)光子的速度。Regelhy說(shuō)：“兩個(gè)光子同時(shí)撞擊一個(gè)分子的可能性很小?！?“因此，雙光子光聚合可能需要很長(zhǎng)時(shí)間。”

另外，X射線照相術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的分辨率大約是計(jì)算機(jī)軸向光刻術(shù)的約10倍，因?yàn)樗梢钥焖?，選擇性地僅使活化樹(shù)脂硬化而不使材料的其余部分硬化。該研究的合著者，德國(guó)Aachen大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)家Stefan Hecht,說(shuō)：“我們永遠(yuǎn)不必通過(guò)已經(jīng)寫(xiě)好的東西透射光。” 這與在空白頁(yè)上書(shū)寫(xiě)而不是在上面已經(jīng)書(shū)寫(xiě)的舊頁(yè)上進(jìn)行書(shū)寫(xiě)是一樣的?！?/p>

xolography的一種可能的主要應(yīng)用是使用充滿(mǎn)活細(xì)胞的液體產(chǎn)生復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)。Hecht指出，xolography技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有生物打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，細(xì)胞不會(huì)承受從生物打印噴嘴噴出的壓力，而這種壓力可能會(huì)損壞細(xì)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(bǔ)充說(shuō)，“我們可以使用多種多樣的材料?！?/p>

研究人員建議，通過(guò)使用更強(qiáng)大的激光和修補(bǔ)樹(shù)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(fù)雜的樹(shù)脂同時(shí)打印多種材料，以便生產(chǎn)傳感器和電子產(chǎn)品等設(shè)備，Regelhy說(shuō)。

未來(lái)的研究將探索如何取出仍留在印刷品中的樹(shù)脂，Regelhy說(shuō)，這也引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題，即是否有可能再利用這種液體。