体积三维打印技术能够快速制造厘米级的物体，最快的技术只需几秒钟。在过去 7 年中出现的这一新技术系列将彻底改变增材制造技术，它可以直接在一桶材料中根据光学和声学场以无层方式制造物体和功能部件。现代体积三维打印方法正在克服传统逐层打印方法所固有的许多挑战，在过去的 40 年中，这种方法一直是研究和工业领域的标准。
鉴于此，
荷兰乌得勒支大学
Riccardo Levato教授
在最新一期《Nature Reviews Materials》以题为“The road ahead in materials and technologies for volumetric 3D printing”发表了一篇综述，
侧重于确定材料化学和工艺工程领域即将面临的挑战和研究方向，以推动体积式三维打印技术从起步阶段走向更广泛的应用
。最新进展包括
基于光学断层扫描、光和声全息、全息、多波长和上转换介导打印技术的开发，以及具有定制设计特性的材料的引入
。此外，还讨论了
在光学和光子元件开发、快速原型设计、软机器人技术和活细胞生物打印方面的应用前景
，以及将体积制造发展成为可广泛使用的技术平台的愿景。
【概览】
作者讨论了
体积3D打印的快速崛起和未来，作者也将其称为体积增材制造(VAM)
。与依赖逐层沉积或光聚合的传统3D打印方法不同，
体积打印使用全体积场（主要是光学或声学）在单一连续过程中制造三维部件
。
所有体积技术都依赖于
能量场来触发“树脂”或“墨水”体积内的化学反应（最常见的是聚合反应）
。作者提供了体积增材制造主要系列的概览比较。一方面是基于光的技术，包括多光束叠加、断层扫描体积打印和各种光片方法。另一方面是基于声学的方法，利用聚焦超声或声全息术。图中的每个子面板都可视化了能量场如何传送到树脂桶中，要么通过引导三维重叠的光束，要么通过聚焦超声波并精确控制位置和强度。
图 1. 不同类别体积打印技术的概览
本文中的图2按时间顺序
绘制了体积打印的成就轨迹，并预测了近期的发展
。它重点介绍了
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. 体积打印方法主要里程碑和未来发展的时间表
【立体印刷的材料设计】
成功进行立体印刷的最关键因素之一是
树脂或“生物树脂”的设计
。这些配方通常包含：
（1）引发剂
：对于基于光的系统，I型或II型光引发剂将吸收的光子转化为驱动聚合的活性自由基。断层扫描方法通常使用低浓度的氧化膦基光引发剂来避免过度的光衰减，而xolography依赖于需要双色激活的光引发剂。在声学印刷中，热或空化引发剂促进超声强度最高处的聚合物交联。
（2）聚合物结构单元或单体
：常用的化学成分包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和硫醇-烯体系。丙烯酸酯聚合速度非常快，但可能会发生显著收缩。硫醇-烯网络通常形成更均匀的交联，并且相对耐氧。含有陶瓷或玻璃前体颗粒的复合材料也正在被研究，以便批量制造用于光学、流体或生物陶瓷的可烧结组件。
（3）添加剂
：不直接参与聚合但有助于控制树脂流变性、限制氧抑制或匹配折射率的化合物。例如，碘克沙醇已用于将树脂的折射率与细胞的折射率相匹配，以减少载有细胞的生物树脂中的散射。同样，自由基清除剂（例如TEMPO）可以通过防止焦点区域外的不必要凝胶化来增强打印对比度。
图 3. 体积打印树脂的关键成分
【新兴应用】
由于体积打印可以在没有传统支撑的情况下快速生产复杂的3D物体，因此其应用空间非常广阔：
