是时候展示正真的3D打印技术了！ | 《Science》《Advanced materials》重磅...
我们都知道，增材制造由于其整体成形的特点，又叫做3D打印。但是，目前3D打印技术内部还有一种有趣的分类方法，就是把各种3D打印技术分成0D、1D、2D和3D打印技术。
那么顾名思义，正真的3D打印应该是一次就能成形一个整体。
这种站在鄙视链顶端的技术，叫做computedaxial lithography, CAL（计算轴向光刻技术），可以称得上是3D打印中的3D打印。该技术发表于2019年的《Science》杂志，题为“Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction”。
DOI: 10.1126/science.aau7114
视频：Computedaxial Lithography技术
该技术由劳伦斯利佛莫尔国家实验室和加州大学伯克利分校团队发明，无需逐层打印，直接在高粘度树脂容器内通过光聚合一次形成，光照几十秒即可打印出一个完整的人像。
这种3D打印技术灵感来自医学领域的计算机断层扫描（CT）扫描技术，在CT机中，X射线管在患者周围旋转，拍摄人体内部器官的照片。
计算机利用这些投影重构出一幅3D画面，在计算机模拟一个3D物体的情况下，研究人员从多个不同角度计算出物体的形状，然后将由此产生的2D图像输入一台普通的幻灯片投影仪。投影仪将图像投射到一个装着丙烯酸酯（一种合成树脂）的圆柱形容器中。当投影仪通过全方位覆盖的图像旋转时，容器也以相应的角度旋转。
整个过程需要有一个从液体到固体过渡的光照阈值，打印树脂材料的配置是这项技术的一个关键难点。研究人员所采用的3D打印树脂由混有光敏分子和溶解氧的液体聚合物组成。
光激活光敏化合物来消耗氧，只有在所有氧气用完的那些3D区域中，聚合物才形成“交联”，将树脂从液体转变为固体，而未使用的树脂可以通过在氧气中加热来回收利用。这种氧气抑制机制可以确保容器中心的物体在积聚足够的光强度变成固体之前，最靠近光源的树脂不会发生反应。
通过这种全新的3D打印技术，可以打印微型飞机等模型，还有复杂度很高的牙科模型、晶格结构等，部分模型弹性极佳。CAL很可能在一些新兴领域找到用途。例如：打印不能承受分层打印时施加的力的软材料；制作具有光滑曲面的透镜；封装其他物体等方面。
为了验证，研究人员甚至在螺丝刀的金属轴上封装打印出三维手柄。
除此之外，由于未固化的树脂材料可以回收，100％可重复使用，这种3D打印技术几乎不产生任何材料浪费。而且，在某些情况下，CAL可能比目前的立体光刻法更快。不过，速率，分辨率，对象大小和最终材料属性之间的权衡都值得进一步考虑，聚合反应的动力学以及树脂中的扩散和光散射也将最终限制CAL印刷的物体的保真度。
这项新3D打印技术的一个重要技术难点是开发合适的树脂材料。因为如果采用普通的SLA树脂材料，那么打印出来的零件会强度较低，也比较脆。
就在最近，这个团队在《Advanced Materials》期刊上发表了一篇论文，详细介绍了他们最新开发的树脂，这将使CAL 3D打印塑料具有更大的功能范围。
该论文的标题为“Highly Tunable Thiol‐Ene Photoresins for Volumetric Additive Manufacturing”。
https://doi.org/10.1002/adma.202003376
该文介绍了一种新型的VAM兼容硫醇烯树脂，并展示了硫醇烯树脂的配方。这种材料具有更均匀的分子网络，可以在聚合过程中实现某种程度的材料可调性，并且已经在电子产品和生物材料领域得到应用。
为了利用VAM中可控制的硫醇烯网络，作者研究了不同的硫醇烯和丙烯酸酯树脂配方。由五种单体配制了四种树脂，每种单体包含刚性异氰脲酸酯环（ICN）或柔性三乙二醇链（TEG）亚基，以实现可调的机械性能。
他们对TEG（一种增塑剂）和ICN（在弹性体和塑料生产中用作共反应剂）进行了实验。交换了一些分子来控制打印零件的柔韧性。
通过将非线性阈值响应应用于广泛的化学领域，研究者计划使用有机硅等树脂或具有功能性的其他材料进行打印。
a）VAM示意图。展示了从不同角度投射，从而形成右侧所示的结构。
b）四种配方Ac-a，Ac-b，Th-a和Th-f的示意图，其分子网络结构由五种组成单体组成，具有丙烯酸酯（绿色）和硫醇（红色/蓝色）功能。
硫醇树脂的动力学
a）Th-a树脂聚合过程中硫醇基团转化的实时FTIR数据。
b）Th-a光流变学和硫醇转化率。
c）VAM打印的拉伸性能。
d）使用VAM技术用Th-a树脂打印的复杂立方体和环形结构。
硫醇烯的力学性能
a）与由相同单体和官能团组成的丙烯酸酯Ac-a和Ac-b相比，硫醇-Th-a和Th-f的拉伸响应。
b）所选的各种硫醇烯化合物的力学性能。