论文标题：Volumetric Additive Manufacturing: Ushering in a New Era of Fabrication

论文链接：https://www.mdpi.com/2813-6640/3/1/2

期刊名：Hardware

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/hardware

传统3D打印正在悄然迎来一次颠覆性的进化。我们熟悉的FDM或SLA技术，需要逐层打印、耗时数小时，且存在层纹导致的力学弱点。如今，一项名为“volumetric additive manufacturing”的革命性技术正登上舞台，它抛弃了层层堆叠的概念，在光敏树脂的“体积”中，通过投射动态的光场，让复杂的立体结构在短短数十秒内“凭空”固化成型。

美国德克萨斯理工大学的Jonathan E. Thompson教授在MDPI期刊Hardware上发表了一篇前瞻性论文，系统回顾了volumetric additive manufacturing（VAM）的最新突破，并描绘了这项技术如何彻底打破传统制造的物理与几何限制。这篇论文指出，VAM不仅仅是3D打印的一次升级，更可能是一场堪比“从胶片到数码”的范式转移。

从“层”到“体”：制造逻辑的根本变革

传统3D打印的瓶颈在于逐层加工：每个横截面都需要精确固化和粘合，导致速度慢、表面粗糙、各向异性（不同方向强度不同）。

而体积式打印的逻辑是一次性固化整个体积。它像极了医学CT检查的逆过程——不是从多个角度扫描物体获取二维投影，而是将物体的多个二维“投影”图案，从不同角度同步投射到一个旋转的光敏树脂容器中。树脂中所有接收到临界光能量的“体像素点”会同时发生聚合反应，形成一个完整的立体实物模型。

极速制造：将一个数厘米大小的精密器件打印时间从几小时缩短至30-120秒，速度提升了两个数量级。

无层结构：由于无须分层，成品没有明显的层间界面，表面光洁度极佳，且力学性能在各个方向完全一致。

无需支撑：悬浮或中空结构可以直接在胶体中“悬浮”成型，彻底免去了设计支撑和后期去除的麻烦。

打印万物：从陶瓷到玻璃，甚至量子点

VAM的价值不仅在于其先进的成型原理，更在于它与先进材料的结合，正在打开一扇通往“超级材料”定制化制造的大门。

高性能陶瓷：研究人员利用VAM打印出预陶瓷聚合物前体，再通过高温热解，成功制造出了高精度的硅碳氧化陶瓷部件。这种材料具有极高的耐热、耐化学腐蚀和机械强度，在航空航天、微反应器等领域极具潜力。

透明石英玻璃：更令人惊叹的是，科学家开发了一种玻璃纳米复合树脂（Glassomer）。通过VAM快速成型后，再经过脱脂和1300°C的高温烧结，便能得到光学性能媲美熔融石英的透明三维微结构。论文展示了内部有150微米通道的微流控芯片和表面粗糙度仅6纳米的微光学元件，分辨率高达50微米。这为全玻璃的微流体器件和光学系统的一体化制造铺平了道路。

生物材料与医疗植入：VAM的速度优势在个性化医疗领域极具吸引力。它能快速打印出高精度的、患者特异性的骨科和颌面植入物。同时，利用天然聚合物（如明胶、海藻酸盐）作为“生物墨水”来打印用于组织工程的多孔支架也正在蓬勃发展中。未来，结合血管网络打印技术，有望制造出可用于药物测试的人造器官模型乃至可移植的组织。

功能纳米材料：其他前沿研究还展示了利用双光子光刻等技术，精确排列不同成分的量子点，打印出亚微米级分辨率的复杂三维纳米结构。这预示了未来直接在芯片上打印集成光电子和传感电路的巨大可能性。

结论与展望：硬件、材料与跨学科的冲刺

当然，体积式制造仍面临挑战，例如材料多样性有限（目前主要依赖光敏树脂）、规模化量产时的精度与可重复性、以及实现真正的多材料、多功能（例如同时打印导体和绝缘体）一体化制造。

但论文的基调是乐观且前瞻的。作者认为，随着ASTM和ISO等组织已经迅速跟进，出台了一系列增材制造的标准（如术语、文件格式、测试方法），这为该技术从实验室走向产业化铺平了道路。未来的制造将不再受限于模具和刀具，而是受限于算法和材料分子的设计。体积式增材制造，正以其惊人的速度和巨大的潜力，将我们从“切削打磨”的工业时代，带入一个“光速创造”的新纪元。

引用格式：

Thompson, J.E. Volumetric Additive Manufacturing: Ushering in a New Era of Fabrication. Hardware 2025, 3, 2. https://doi.org/10.3390/hardware3010002.

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Peter C. Hauser

Hardware (ISSN: 2813-6640) 是一个国际性的、经同行评审的开放获取期刊。期刊聚焦于物理硬件系统的设计、原型制作、测试和广泛应用，涵盖的领域包括但不限于：科学仪器、开源硬件、物联网设备、机器人、先进制造技术及新型材料加工等。本篇关于体素式增材制造的前瞻性论文，是期刊关注处于创新前沿、具有颠覆性潜力的硬件技术的绝佳范例。