《Nature Reviews Materials》：体积3D打印在医疗、材料和机器人领域的应用

EngineeringForLife · 公众号 · · 2025-03-21 00:00

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3D打印自问世以来，凭借其构建复杂多材料结构的能力，在多个工业和制造领域开拓了新方向，如汽车、航空航天产业的特种零件制造，医疗领域的定制化假肢、医疗器械生产等。然而，过去40多年，3D打印主要依赖逐层制造原理，存在生产速度慢、可打印材料种类受限以及处理复杂设计时依赖支撑材料等问题。

为解决这些痛点，来自 荷兰乌得勒支大学Riccardo Levato教授团队 聚焦于体积3D打印技术，这是一种新型制造范式，能实现无层制造，速度快、分辨率高且设计自由度大。研究人员 整合物理方法、工艺工程和材料化学等多学科知识，对体积打印技术进行了全面探索。 研究涵盖关键的体积打印技术，分析其优势与挑战；详细阐述适配材料的设计标准；探讨该技术在光学系统、软机器人、生物打印等领域的应用前景。相关工作以 “The road ahead in materials and technologies for volumetric 3D printing” 为题发表在 《Na ture Reviews Materials》 上，为推动体积3D打印技术从起步阶段走向更广泛应用提供了重要参考。

1. 体积3D打印技术分类及原理

梳理多种技术资料，对光、声为能量源的体积打印技术进行研究，详细介绍多光束叠加、断层扫描、光片打印等光基体积打印技术，以及直接声打印和全息直接声打印等声学体积打印技术的原理、优势与挑战。如断层扫描体积打印技术虽速度快，但在重建算法、光散射和光衰减等方面有待改进。

图1. 不同系列体积打印技术概述

2.光固化体积打印的里程碑和未来发展时间轴

绘制了体积打印的成就轨迹，并预测了近期的发展。重点介绍了多光束叠加的早期演示、断层扫描打印的变革性到来，然后是最近的创新，如光片打印（xolography）、直接声音打印和新兴的混合工艺。2025年以后，可以预见连续生产方法、更复杂的硬件（例如全息调制器）和先进的材料化学将使体积打印更接近工业和临床应用。

图2. 时间轴

3. 体积打印材料设计要点

借助分析材料成分及特性的方法，研究适用于体积打印的材料。发现树脂包含引发剂、反应性材料和添加剂，不同打印技术对材料要求不同。光基打印的引发剂需有高吸收效率，声学打印的引发剂能穿透大体积树脂和不透明物质。

《Nature Reviews Materials》：体积3D打印在医疗、材料和机器人领域的应用

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