摘要：体3D打印（Volumetric 3D Printing）通过光场或声场在材料内直接触发三维化学反应，实现厘米级物体的快速（最快仅需数秒）无层化制造。这一技术突破了传统逐层打印在速度、材料兼容性及复杂结构设计上的限制，尤其在生物打印、光学器件、软机器人和快速原
主要作者：Paulina Nunez Bernal，Riccardo Levato*
第一单位：乌得勒支大学
发表期刊：nature reviews materials
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41578-025-00785-3
体3D打印（Volumetric 3D Printing）通过光场或声场在材料内直接触发三维化学反应，实现厘米级物体的快速（最快仅需数秒）无层化制造。这一技术突破了传统逐层打印在速度、材料兼容性及复杂结构设计上的限制，尤其在生物打印、光学器件、软机器人和快速原型制造中展现出潜力。未来需通过材料化学与工艺工程的协同创新，推动其从实验室迈向广泛应用。
Fig.1 Overview of different families of volumetric printing technologies.
传统3D打印依赖逐层叠加，速度慢且受限于支撑材料。体3D打印通过场驱动（光/声）实现全体积同步固化，避免了层间界面问题，速度提升百倍以上。其核心原理是利用可控能量场（如断层扫描投影、光片交联、声全息）在树脂内精准分布能量，触发聚合、交联或材料改性。
Fig.2 Timeline of major milestones and future developments of volumetric printing approaches.
1.光基体三维打印
断层扫描法：受医学CT启发，通过多角度投影光场重建三维结构，支持高细胞密度生物墨水（如GelMA）的快速打印，分辨率达50-200 μm，速度达42 mm³/s。 光片交联法（如Xolography）：利用双色光引发剂（UV激活+可见光触发），通过正交光片扫描实现微米级分辨率，适用于陶瓷和玻璃前驱体打印。 多光束叠加：早期技术，通过光束重叠区域阈值固化，适合简单结构但分辨率有限。2.声场体三维打印
聚焦超声（DAVP）：利用声热效应局部固化含声敏剂的树脂，穿透深度达厘米级，但分辨率较低（毫米级）。 声全息打印：通过3D打印相位板调控声场，实现多区域同步固化，适用于无支撑大体积结构。Fig.3 Key components of the resins for volumetric printing.
光/声敏剂：需高量子效率的光引发剂（如BAPO、双色光敏剂）或声热引发剂（如APS），以降低能量阈值并提升对比度。 树脂体系：丙烯酸酯（快速固化但收缩大）、硫醇-烯（低收缩、高均匀性）、天然高分子（GelMA、丝素蛋白）兼容生物打印。 添加剂：TEMPO自由基清除剂抑制扩散，碘克沙醇折射率匹配剂减少细胞散射，纳米颗粒（如SiO₂、ZrO₂）增强陶瓷前驱体性能。Fig.4 Emerging applications of volumetric printing approaches.
1.陶瓷与玻璃制造：通过聚合物前驱体打印后烧结，制备复杂微流控器件和光学元件（表面粗糙度低至1 nm）。
2.软机器人：利用GelMA等软材料打印自由活动部件（如球阀、静脉瓣膜），结合形状记忆材料实现4D驱动。
3.生物打印：
高细胞密度（15×10⁶ cells/ml）肝类器官和心脏组织的打印，功能化生物分子（如VEGF）空间图案化 声场辅助细胞排列、多材料打印（结合挤出技术）构建仿生组织。4.光学器件：无层化打印平滑透镜和自由曲面光学元件，潜在用于工业级微光学系统。
硬件与算法进展1.材料限制：开发宽波段（如近红外）引发剂以穿透高散射生物墨水，拓展非光敏材料（如金属/热固性树脂）。
2.分辨率与速度平衡：融合双光子烧蚀（2PA）实现亚微米精度，多尺度混合打印（如断层扫描+挤出）。
3.规模化生产：连续流工艺（Roll-to-Roll）与自动化后处理集成，推动工业应用。
4.跨学科协同：材料-算法-硬件的深度整合，解决实时监控、多物理场耦合问题。
结论体3D打印正颠覆传统制造范式，其无层化、高速度和多材料兼容性为复杂结构制造开辟新路径。未来需突破材料化学与工程化瓶颈，加速其在生物医学、光学和柔性电子等领域的产业化落地。
来自：增材视界
长三角G60激光联盟陈长军转载
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