《Nature》論文：創(chuàng)業(yè)公司xolo開發(fā)出雙色體積3D打印方法

2021年1月11日，南極熊獲悉，《Nature》雜志上發(fā)表了一篇題為 "Xolography for linear volumetric 3D printing "的論文，文章中介紹了德國柏林Aldershof科技園的研究團隊開發(fā)的一種新型雙色體積式3D打印方法。

這種名為xolography的新型體積打印工藝，由創(chuàng)業(yè)公司xolo的創(chuàng)始人Dirk Radzinski與IRIS Aldershof化學家Stefan Hecht和物理學家Martin Regehly一起負責。據(jù)稱，新工藝解決了傳統(tǒng)樹脂打印中的三個 "嚴重限制"：速度、表面質量和材料特性。

Radzinski說："這是體積打印的開始，與每一項新技術一樣，它需要一些時間來發(fā)展。但考慮到現(xiàn)在的發(fā)展速度，考慮到我們只用了有限的時間來開發(fā)這項技術，只有幾個人，我真的很期待體積3D打印的未來。"

△科學家們通過xolography技術3D打印的球，圖片來自Dirk Radzinski/xolo

體積式3D打印

體積式3D打印被認為是增材制造方法的下一個趨勢，從所有空間方向同時打印，在幾秒鐘內產生整個物體。這種方法已經(jīng)出現(xiàn)了一段時間，近年來這項技術取得了一些進展。

2017年，來自美國一系列大學的研究人員展示了一種體積3D打印的方法，而最近體積3D打印已被用于構建基于過氧化物基的太陽能電池板。

烏得勒支大學醫(yī)學中心(UMC)和洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)之間的合作開發(fā)了一種體積式3D生物打印工藝，以創(chuàng)建自由形態(tài)的組織結構。

Xolography是如何工作的？

Xolography是一種雙色體積式3D打印工藝，與立體光刻技術一樣，利用光固化光刻膠。然而，在立體光刻技術中，當光投射到裝有樹脂的大桶中時，會沿著整個光路進行固化，而Xolography工藝則需要兩種不同波長的光來聚合。藍光和紅光相交并同時與樹脂中的雙色光引發(fā)劑相遇，就會發(fā)生固化。

到目前為止，科學家們已經(jīng)通過成功3D打印一個球、一個芭蕾舞演員、一個 "思想家 "雕像、一個板凳，甚至一個牙科模具來證明他們的方法。

△體積數(shù)字化制造，（a、d、g、j）3D模型，（b、e、h、k）打印物體的照片，（c、f、i、l）和后處理前的照片，圖片來自《Nature》

Xolography與傳統(tǒng)3D打印方法的比較

據(jù)Radzinski介紹，xolography有三個主要的顯著特點，有別于其他利用光固化光聚合物的樹脂3D打印技術。首先，由于構建板沒有移動，而且在下一個部件固化之前不需要完成聚合，因此xolography工藝的速度明顯加快。

其次，由于工藝速度快，同時又能保持較高的打印分辨率，通過xolography打印的零件表面異常光滑�？茖W家們的論文指出，xolography的分辨率可以達到以前所有已知的體積打印工藝的10倍，目的是在不需要拋光的情況下打印光學級部件，這是目前現(xiàn)有技術無法實現(xiàn)的壯舉。

第三個主要區(qū)別涉及xolography工藝中使用的打印材料，Radzinski說，這些材料具有 "巨大的潛力"，可以顯示出制造中所需要的特性。Xolography使用高粘性樹脂，這在立體光刻技術中是不可能的，因為樹脂必須在構建板和打印窗口之間快速流動。更加粘稠的樹脂擁有更長的分子鏈，這使得科學家們能夠生產出更加堅韌和耐用的物體。

Radzinski補充道："使用普通的樹脂打印機，你需要一個支撐結構來固定你的對象。在容積式打印中，樹脂可以支撐物體。"

△通過xolography 3D打印的牙科模具，圖片來自 Dirk Radzinski/xolo

潛在的應用

Xolography非常適合打印尺寸在10厘米左右的小尺寸物體，Radzinski將牙科或助聽器市場中的模型尺寸視為這種工藝的潛在 "完美 "應用。光學市場的自由形態(tài)鏡片、光導體，特別是無法通過注塑生產的光學設計，也是科學家們感興趣的領域。

Radzinski說，目前，xolography的應用在整個航空航天和汽車市場都很少見，因為在樹脂的體積中打印非常大的物體是沒有意義的，盡管在汽車領域偶爾會有尺寸較小的物體的使用案例。xolography方法的多功能性意味著科學家們可以打印硬的和軟的物體，這可能對未來的光學、流體和生物醫(yī)學設備的制造有重大影響。

Radzinski提出："在材料光譜的另一端是打印水凝膠，這項技術有很大的前景，可以在組織工程中生物打印支架，并在更遙遠的未來有可能打印器官。"

關于xolography方法的更多細節(jié)可以在《Nature》雜志上發(fā)表的題為 "Xolography for linear volumetric 3D printing "的論文中找到。該論文由M. Regehly、Y. Garmshausen、M. Reuter、N. König、E. Israel、D. Kelly、C. Chou、K. Koch、B. Asfari和S. Hecht共同撰寫。

目前，xolo已經(jīng)制造出基于這項技術的3D打印機。

技術參數(shù)

編譯自：3dprintingindustry

技術越來越成熟了