目前，增材制造的應用范圍正在迅速擴大，包括運動鞋部件、牙科陶瓷和航空航天部件的大規模生產，以及微流體、醫療設備和人工器官的制造。所使用的光誘導增材制造技術，由于其高度的時空控制而尤為成功，但這些技術仍然具有點狀或層狀生成的共同問題，如立體光刻、激光粉末床熔化、連續液體界面生產及其衍生品。而立體3D打印，是連續增材制造方法下一步的方向。

近日，來自德國勃蘭登堡應用科學大學的Martin Regehly & 德國洪堡大學的Stefan Hecht等研究者，介紹了xolography，一種雙色技術，利用不同波長的交叉光束在線性激發下，利用可光開關的光引發劑，誘導受限單體立體內的局部聚合。相關論文以題為“Xolography for linear volumetric 3D printing”今天發表在頂級期刊Nature上。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-3029-7

在此，研究者提出了一種立體3D打印工藝，在該工藝中，整個樹脂立體的結構被保留，復雜的多組分物體是由周圍的粘性流體基質制造和穩定的。與基于薄片的方法不同，懸垂特征的支撐結構需要精細的后處理，不再需要了，與層界面相關的各向異性消失了，脆弱的軟物體可以凝固。這種方法代表了一個完整系統的一步制造，不需要后期裝配，但仍然包含移動部件。

到目前為止，兩種不同的基于光的立體測量技術得到了最多的關注。為了制造高分辨率的微尺度物體，雙光子光聚合是最先進的技術，并且已經實現了特征尺寸在100納米以下的物體。一個主要的限制是立體產生率，通常遠低于1-20 mm3h-1，這是由于潛在的非線性吸收過程硬化樹脂空間中的局部立體。

對于宏觀物體的立體增材制造，需計算軸向光刻旋轉均勻的樹脂立體，同時多個圖像以確定的角度投射到目標材料。暴露的疊加層導致形成自由基的累積劑量分布，在30-120秒內固化厘米大小的物體，并使其他區域低于聚合閾值。該技術需要樹脂的非線性響應來定義閾值，目前它是由氧抑制過程介導的。據報道，打印物體的分辨率為300μm，在打印過程中，由于光線穿過部分或已經聚合的區域，造成劑量波動。最近，優化和包含了一個反饋系統，試圖在第二次打印同一物體時補償這些影響，結果得到80-μm陽性和500-μm陰性的特征尺寸。

在此，研究者通過使用兩束相交的不同波長的光，固化局部區域來消除上述非線性。這種方法被稱為雙色光聚合(DCP)，是Swainson早期提出的。固化是由加入到樹脂中的雙色光引發劑介導的，光引發劑被第一波長激活，而對第二波長的吸收要么(1)引發光聚合，要么(2)抑制光聚合。

此文中，研究者用一臺立體打印機演示了上述概念，該打印機可以生成具有復雜結構特征以及機械和光學功能的三維物體。與最先進的立體打印方法相比，該技術的分辨率約為無反饋優化的計算軸向光刻的10倍，立體產生速率比雙光子光聚合高4-5個數量級。該3D技術允許以最高25微米的特征分辨率和最高55立方毫米/秒的凝固速度打印固體物體，同時可以打印出毫米到厘米大小、具有微米大小特征的物體。它依賴于由兩束光線交匯引發的化學反應。甚至該技術，僅需幾秒鐘，就可以完成一次高分辨率的3D打印。

圖1 Xolography 3D打印技術。

圖2立體數字制造。

圖3 高分辨率物體特征的表征。

綜上所述，研究者介紹了一種基于分子光開關，不需要任何非線性化學或物理過程的立體雙色3D打印技術。這是一種非常靈活的方法，可以用現成的、具有成本效益的組件來實現。本文中的xolography，將促進從光引發劑和材料發展轉向投影和光片技術的研究領域，以及大量依賴于快速、高分辨率的立體3D打印的應用。