撰稿 | 王玉（哈工大 博士生）
增材制造技术（VAM），也被称为3D打印技术，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，相对于传统对原材料进行切削去除和组装加工的模式，VAM是一种从无到有的加工方法，不仅可以简化工艺流程、加快制造速度，还可以大幅度的提高零件的生产质量，这些优势也使其应用范围得到迅速扩展，目前已成功应用于航空航天部件、微流体、医疗设备和人造器官等领域。
目前，VAM的制备工艺主要包括两种：
（1）双光子聚合（TPP）3D打印：分辨率可达100nm，但打印速度极慢，为1~20mm3/h，通常用于制作毫米级的物体。
（2）计算机轴向光刻（CAL）3D打印：打印速度较快，可以在30~120s内完成厘米量级的物体打印，但分辨率较低，一般为300μm左右。
为了使VAM同时具备高分辨率和高打印速度的特性，德国勃兰登堡应用科学大学的Martin Regehly和德国柏林洪堡大学的Stefan Hecht等人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，其中X即“交叉”，Holography即“全息照相术”，意为利用交叉的光线，在液体中“照”出一个固体来。该技术的分辨率约为无反馈优化CAL的10倍，打印速度比TPP高出4~5个数量级。
其相关研究结果以“Xolography for linear volumetric 3D printing”为题发表在Nature。
＂X交叉法＂3D打印技术采用了新型的双色光引发剂和新型投影光学系统。
其工作流程主要分为两个步骤，如图１所示：
（１）第一波长的光（具有一定厚度的矩形光）从侧面入射到一定体积的双色光引发剂中，并将其由初始的休眠状态激发到具有有限寿命的潜伏状态；
（２）第二波长的光将要制造的3D模型截面图通过投影系统从正面聚焦到潜伏状态下的光引发剂范围内，并被光引发剂吸收产生聚合反应从而实现目标区域的固化。
这样便可以通过控制第一波长的位置和第二波长的投影图像来连续完成预先设计器件的打印，如视频１所示，且由于这是通过两个交叉的光束完成的3D打印过程，因此也将该方法称为＂X交叉法＂3D打印技术。
此外，为了证明该技术的有效性，研究人员还利用该技术对几个复杂的物体进行了打印制造，其中具有代表性的便是非球面的鲍威尔透镜，如图2所示，该透镜在空气中可以将入射的绿色圆光束转换为能量均匀的细光束，完全具备鲍威尔透镜的光学性能，这也足以说明由该技术制备的结构内部非常均匀、没有缺陷，符合增材制造工艺的要求。
实验证明，目前＂X交叉法＂3D打印技术的打印速度比TPP高104~105倍，且分辨率可达10μm左右，其主要限制因素是打印的体积较小、材料比较单一。虽然其限制因素明显，但这种方法相比于其他一般的VAM方法仍具有独特的优势，并且在未来可以通过升级光学系统或者选择高强度激光器等方式进一步提高其打印分辨率及打印速度，从而推进VAM的整体发展。
文章信息
Regehly, M., Garmshausen, Y., Reuter, M. et al. Xolography for linear volumetric 3D printing. Nature 588, 620–624 (2020).
论文地址
https://doi.org/10.1038/s41586-020-3029-7
文章来源：中科院长春光机所 Light学术出版中心
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