體積3D打印技術(shù)的最新進(jìn)展,，生物3D打印這次發(fā)Nature reviews materials！

來源：EngineeringForLife

3D打印技術(shù)以其高設(shè)計(jì)自由度,、快速原型制作、減少材料浪費(fèi),、降低生產(chǎn)成本,、提高生產(chǎn)效率,、多功能材料和多材料打印、減少工具和模具需求,、提高產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)創(chuàng)新,、可持續(xù)性、醫(yī)療領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢,、教育和培訓(xùn),、空間探索和遠(yuǎn)程制造、藝術(shù)和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)以及供應(yīng)鏈優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn),，正在改變傳統(tǒng)的制造方式,，并為各行業(yè)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,，3D打印將在未來發(fā)揮更加重要的作用,。

在近一年時(shí)間內(nèi)，3D打印發(fā)文涵蓋了多篇Nature,、Science的正刊和子刊,，以上是列舉出來的部分研究成果，主要包含的領(lǐng)域包括：

材料科學(xué)：3D打印技術(shù)用于制造具有特殊性能的材料,，例如具有高彈性和韌性的可打印彈性體,，以及通過界面結(jié)合增強(qiáng)的熱電冷卻材料。這些材料在工程和工業(yè)應(yīng)用中具有潛在的價(jià)值,。

生物醫(yī)學(xué)工程：3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括制造用于研究的人體器官模型,，如陰莖模型，用于研究勃起功能障礙和恢復(fù)性功能,。此外,，還包括制造用于藥物測試和疾病模型構(gòu)建的生物打印活細(xì)胞結(jié)構(gòu),。  

納米技術(shù)：3D打印技術(shù)在納米尺度上的應(yīng)用，如自由空間直接納米尺度3D打印金屬和合金,，通過雙光子分解和超聲快速捕獲實(shí)現(xiàn),。這種技術(shù)在納米制造和納米材料研究中具有重要意義。

熱電材料：3D打印技術(shù)用于制造熱電材料,，這些材料能夠?qū)�熱能直接轉(zhuǎn)換為電能,，或反之。通過3D打印,，可以設(shè)計(jì)和制造具有優(yōu)化熱電性能的材料結(jié)構(gòu)。

化學(xué)物理：3D打印技術(shù)在化學(xué)物理領(lǐng)域的應(yīng)用,，如可重構(gòu)的水凝膠3D打印,，具有自適應(yīng)雙鎖功能。這種材料在軟機(jī)器人和智能材料領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用,。

材料行為研究：3D打印技術(shù)用于研究材料的動(dòng)態(tài)行為,，例如通過3D打印制造的液態(tài)晶體彈性體的普適化驅(qū)動(dòng)行為。這種研究有助于理解材料在不同條件下的性能,。

聚合物網(wǎng)絡(luò)：3D打印技術(shù)用于制造高度糾纏的聚合物網(wǎng)絡(luò),，這些網(wǎng)絡(luò)在材料科學(xué)中具有重要應(yīng)用，如制造具有特定機(jī)械性能的塑料和復(fù)合材料,。

微流控和光學(xué)元件：3D打印技術(shù)在微流控和光學(xué)元件制造中的應(yīng)用,，如制造微流控設(shè)備和光學(xué)元件。這些元件在生物醫(yī)學(xué)研究,、化學(xué)分析和光學(xué)系統(tǒng)中具有重要用途,。

這篇文章是一篇由荷蘭烏得勒支大學(xué)Riccardo Levato團(tuán)隊(duì)關(guān)于體積3D打印技術(shù)的綜述文章，標(biāo)題為《The road ahead in materials and technologies for volumetric 3D printing》,，發(fā)表在《Nature Reviews Materials》上,。文章詳細(xì)介紹了體積3D打印技術(shù)的最新進(jìn)展，包括材料化學(xué),、工藝工程,、硬件和計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，并探討了該技術(shù)在光學(xué),、光子學(xué),、軟體機(jī)器人和生物打印等領(lǐng)域的應(yīng)用前景和未來發(fā)展方向。

1.主要內(nèi)容：

圖1不同體積3D打印技術(shù)概述

體積3D打印技術(shù)的兩大類別：基于光的體積3D打印技術(shù)（VAM）和基于聲的體積3D打印技術(shù),。圖中具體介紹了多光束疊加打印、層析打印,、光片打印,、單體直接聲打印,、深穿透聲學(xué)體積打印以及全息直接聲打印等技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。這些技術(shù)通過不同的方式利用光或聲能量,，在材料體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的化學(xué)反應(yīng),，從而快速制造出三維結(jié)構(gòu)。每種技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢和應(yīng)用場景,，例如光片打印利用光片和正交投影的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)材料的交聯(lián)反應(yīng),，而聲學(xué)技術(shù)則利用聚焦超聲波實(shí)現(xiàn)材料的固化。   

圖2 體積打印技術(shù)的主要里程碑和未來發(fā)展方向

以時(shí)間線的形式總結(jié)了體積打印技術(shù)自2017年以來的主要突破和未來幾年的預(yù)期發(fā)展,。圖中列出了多種體積打印技術(shù),，如多光束疊加、層析打印,、光片打印、聲學(xué)打印和超聲全息技術(shù)等,，并標(biāo)注了每種技術(shù)首次被展示的時(shí)間點(diǎn)。此外,，還預(yù)測了未來的發(fā)展方向，包括利用磁場,、微波,、X射線等其他物理場進(jìn)行體積打印，連續(xù)生產(chǎn),、材料化學(xué)感知打印,、全息體積打印、新型光正交化學(xué),、人工智能和成像驅(qū)動(dòng)的計(jì)量學(xué)和打印技術(shù)等,。這些里程碑和發(fā)展方向展示了體積打印技術(shù)的快速發(fā)展和廣闊的應(yīng)用前景。  

圖3 體積打印樹脂的關(guān)鍵成分

展示了體積3D打印中使用的樹脂材料的關(guān)鍵成分,，包括引發(fā)劑,、構(gòu)建塊和添加劑。引發(fā)劑是將不同刺激（如光和聲）轉(zhuǎn)化為化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵分子,，常見的有單色光引發(fā)劑,、雙色光引發(fā)劑和聲引發(fā)劑。構(gòu)建塊包括單體,、交聯(lián)劑和（生物）聚合物,，它們在打印刺激下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，形成交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)。添加劑則用于改善形狀保真度和分辨率,，例如流變調(diào)節(jié)劑,、折射率匹配劑和對比度增強(qiáng)劑,。這些成分共同作用，使樹脂能夠在體積打印過程中實(shí)現(xiàn)精確的化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)形成,。

圖4 體積打印技術(shù)的新興應(yīng)用領(lǐng)域

通過示意圖展示了體積打印技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,。圖4a展示了體積打印技術(shù)在制造陶瓷、玻璃和光學(xué)元件方面的應(yīng)用,，這些材料通過光聚合有機(jī)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),，然后在燒結(jié)步驟中成型。圖4b展示了體積打印技術(shù)在軟體機(jī)器人和自由移動(dòng)部件制造中的應(yīng)用,，利用軟材料和設(shè)計(jì)自由度制造具有復(fù)雜幾何形狀和功能的軟體機(jī)器人,。圖4c則展示了體積打印技術(shù)在生物打印領(lǐng)域的應(yīng)用，包括生物打印活細(xì)胞,、生物分子圖案化和工程化活材料等,，這些應(yīng)用展示了體積打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的巨大潛力。

全文總結(jié)：
本文綜述了體積3D打印技術(shù)的最新進(jìn)展,，涵蓋材料化學(xué),、工藝工程、硬件和計(jì)算技術(shù)等方面,。體積3D打印通過光或聲場在材料體積內(nèi)直接制造三維結(jié)構(gòu),，克服了傳統(tǒng)逐層制造的局限性，實(shí)現(xiàn)了快速,、無層制造,。文章詳細(xì)介紹了多種體積打印技術(shù)，如光學(xué)層析打印,、光片打印和聲學(xué)打印等,，并討論了這些技術(shù)在光學(xué)元件、軟體機(jī)器人和生物打印等領(lǐng)域的應(yīng)用前景,。此外,，文章還探討了未來發(fā)展方向，包括硬件和計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步,、多材料和多技術(shù)制造的可能性,，以及新材料設(shè)計(jì)的重要性。總體而言,，體積3D打印技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景,，有望推動(dòng)多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。   

參考資料：
https://doi.org/10.1038/s41578-025-00785-3