《Nature》：双色光固化快速3D打印

EngineeringForLife · 公众号 · · 2025-03-23 00:00

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研究背景

在生物3D打印和增材制造领域，光诱导的增材制造技术虽凭借其时空控制优势得到广泛应用，但普遍存在点式或分层生成的局限。像立体光刻、激光粉末床熔融以及连续液体界面生产等技术，在制造复杂结构时，不仅需要支撑结构、易产生层间缺陷，而且构建大尺寸、高精度物体时效率较低。此外，目前的体3D打印技术也面临诸多问题，例如，双光子光聚合虽能实现高分辨率微尺度物体制造，可其体积生成速率极低；计算轴向光刻在制造宏观物体时，分辨率受剂量波动影响，仅能达到300μm，即便优化反馈系统后，分辨率提升仍有限。

来自 德国勃兰登堡应用科学大学的Martin Regehly教授和德国柏林洪堡大学的Stefan Hecht教授团队 基于双色光聚合技术（DCP）提出了一种新型增材制造技术，称为“ X交叉法（Xolography） ”3D打印技术，利用可光开关的光引发剂，通过不同波长的交叉光束线性激发，实现了在限定单体体积内的局部聚合。该技术能制造具有复杂结构特征、机械和光学功能的三维物体，分辨率比未优化反馈的计算轴向光刻高约十倍，体积生成速率比双光子光聚合高四到五个数量级。相关工作以 “Xolography for linear volumetric 3D printing” 为题发表在 《Nature》 上。

研究内容

1. Xolography 3D打印技术

第一波长的光片将薄层光引发剂分子从初始休眠状态激发到有限寿命的潜伏态，正交布置的投影仪产生第二波长的光，并将待制造的三维模型截面图像聚焦到光片的平面中。只有处于潜伏态的引发剂分子吸收投影仪的光，并使这一层聚合。通过固定光学装置的同步移动期间投射一系列图像，可以连续地制造所需的物体。

图1. ＂X交叉法＂3D打印技术示意图

2. 体积制造模型

利用开发的打印机系统和特定的树脂配方，对多种 3D 模型进行打印并观察打印效果，研究 Xolography 技术在制造不同结构和功能物体方面的能力，结果表明该技术可以制造出如球形笼、流动池、非球面透镜、解剖模型等复杂物体，打印出的物体结构稳定，部分具有机械和光学功能，且打印速度较快。

图2. ＂X交叉法＂3D打印的非球面鲍威尔透镜

3. 高分辨率物体特征表征

借助扫描电子显微镜（SEM）对打印的具有特定结构的物体进行观察和分析，研究 Xolography 技术的打印分辨率，结果表明该技术在 x 和 y 方向分辨率约为 25μm，在 z 方向分辨率约为 50μm，能够打印出精细结构，并且外部结构不会对内部打印精度产生影响。

《Nature》：双色光固化快速3D打印

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