在傳統(tǒng)3D打印仍在為毫米級(jí)的層層堆積耗費(fèi)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天之時(shí)，一項(xiàng)名為體積3D打印（Volumetric Additive Manufacturing,VAM）的技術(shù)正以"秒速成型"的驚人能力整個(gè)制造業(yè)。這項(xiàng)技術(shù)無(wú)需逐層堆積，能夠在幾秒到幾十秒內(nèi)一次性制造出厘米級(jí)尺寸的物體，代表了增材制造領(lǐng)域的一次真正革命。

3D體積打印技術(shù)原理：從層層堆疊到整體成型

體積3D打印的核心原理突破了傳統(tǒng)3D打印的思維框架。它不像傳統(tǒng)技術(shù)那樣逐層堆積材料，而是通過(guò)在透明容器中投射動(dòng)態(tài)光圖案或聲場(chǎng)能量，使光敏樹(shù)脂或?qū)Ｓ貌牧显谌S空間內(nèi)特定區(qū)域同時(shí)固化。

目前主要有兩種技術(shù)路徑：基于光的體積打印（包括光學(xué)斷層掃描、多光束疊加和光片基打印）和基于聲場(chǎng)的體積打印。光學(xué)方法通過(guò)從多個(gè)角度投影預(yù)計(jì)算的2D光模式，重建目標(biāo)3D光劑量分布；而聲學(xué)方法則利用聚焦超聲波的穿透能力，在不透明材料深處引發(fā)聚合反應(yīng)。

這種技術(shù)差異使得體積打印能夠克服傳統(tǒng)逐層制造的諸多限制，特別是對(duì)于高粘度樹(shù)脂、含有不透明成分的材料以及活細(xì)胞生物材料的處理上表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

3D體積打印顯著優(yōu)勢(shì)：

體積3D打印最引人注目的優(yōu)勢(shì)是其驚人的生產(chǎn)速度。傳統(tǒng)3D打印可能需要數(shù)小時(shí)完成的工作，VAM只需幾十秒就能完成，厘米級(jí)物體的打印時(shí)間可縮短至約12.5秒，同時(shí)保持20-80微米的分辨率。

除了速度優(yōu)勢(shì)外，這項(xiàng)技術(shù)還具有諸多價(jià)值：

•無(wú)層打印：消除了傳統(tǒng)3D打印的層間界面問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的整體性和機(jī)械性能

•高設(shè)計(jì)自由度：能夠制造傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、懸垂結(jié)構(gòu)和空腔，且無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)

•材料多樣性：可處理高粘度樹(shù)脂、彈性體、環(huán)氧樹(shù)脂等傳統(tǒng)難以打印的材料

•生物兼容性：特別適合細(xì)胞負(fù)載水凝膠的打印，細(xì)胞存活率超過(guò)85%

 

3D體積打印技術(shù)極大地?cái)U(kuò)展了可打印材料的范圍，包括：

•高性能聚合物：丙烯酸酯和彈性體用于個(gè)性化助聽(tīng)器、牙科矯正器；正交環(huán)氧-丙烯酸酯配方實(shí)現(xiàn)空間控制的剛度變化；可調(diào)剛度硫醇-烯和形狀記憶泡沫

•陶瓷與玻璃：聚合物衍生陶瓷通過(guò)熱解轉(zhuǎn)化為耐高溫、耐腐蝕的SiOC陶瓷；二氧化硅納米復(fù)合玻璃分辨率達(dá)50微米，表面粗糙度Ra僅6nm

•生物材料：明膠基水凝膠用于細(xì)胞負(fù)載生物制造；絲素蛋白在保持細(xì)胞高活性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)打印

3D體積打印技術(shù)正在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力：

光學(xué)元件制造：對(duì)表面光滑度有要求的領(lǐng)域，體積打印能夠制造高質(zhì)量微透鏡陣列和毫米級(jí)光學(xué)元件，實(shí)現(xiàn)低于1nm的均方根表面粗糙度。

軟機(jī)器人和可移動(dòng)部件：無(wú)層增材制造提供了更高的設(shè)計(jì)自由度，可以制造柔軟、可變形材料，進(jìn)一步拓展實(shí)現(xiàn)4D體積打印，制造功能材料如壓電材料、導(dǎo)電、熱反應(yīng)材料等。

生物醫(yī)學(xué)工程：這是體積打印前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。體積生物打印利用技術(shù)的非接觸式和高速特性，處理活細(xì)胞結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)模擬人體組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的先進(jìn)體外模型和功能植入體。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院使用深穿透聲學(xué)體積3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了穿透厘米深度的生物組織打印，可用于從骨愈合到心臟瓣膜修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)目的。