美国研究人员开发新3D打印技术可节省时间和材料

2022-04-21 13:21:57科技日报

尽管3D打印技术在过去十年中取得了长足的进步，但该技术仍然面临一个基本限制：物体必须逐层构建。美国研究人员开发了一种在固定体积的树脂内打印3D物体的方法。打印物体完全由厚树脂支撑，就像一个动作人偶漂浮在一块果冻的中心，可从任何角度进行添加。这项近日发表在《自然》杂志上的新3D打印系统，可更轻松地打印日益复杂的设计作品，同时节省时间和材料。

斯坦福大学电气工程助理教授丹·康格里夫说：“这种体积打印的能力使你能打印非常困难的对象。对于3D打印来说，这是一个非常令人兴奋的机会。”

从表面上看，这项技术似乎相对简单：研究人员通过透镜聚焦激光并将其照射到凝胶状树脂中，这种树脂在暴露于蓝光时会变硬。但研究人员没有简单地使用蓝色激光，因为树脂会沿着光束的整个长度固化。相反，他们使用红光和一些巧妙设计的纳米材料分散在树脂中，仅在激光的精确焦点处产生蓝光。通过在树脂容器周围移动激光，他们能够创建详细的、无支撑的打印件。

研究人员专门使用一种称为三重态融合上转换的方法将一种波长的光转换为另一种波长。通过使正确的分子彼此靠近，研究人员创建一系列能量转移，如将低能红色光子转化为高能蓝色光子。

通过一系列步骤，研究人员将必要的上转换分子形成不同的纳米级液滴，并将它们包裹在保护性二氧化硅壳中。然后他们将得到的纳米胶囊分布在整个树脂中，每个纳米胶囊比人类头发的宽度小1000倍。

研究人员目前正在探索同时多点打印的可能性，这将大大加快这一过程，以及以更高的分辨率和更小的比例进行打印。研究人员也在探索使用上转换纳米胶囊的其他应用，通过将不可用的低能光转换成太阳能电池可收集的波长，将帮助提高太阳能电池板的效率。新技术也可用来帮助研究人员更精确地研究可用光触发的生物模型，甚至在未来提供局部治疗。

【总编辑圈点】

我们熟悉的3D打印这个词，其实是增材制造技术的俗称。所谓增材，就是把材料逐层叠加形成所需的实体模型。这种制造方式优点很明显，比如成本低、快速、自动、精确等等。但其缺陷也不可忽视，那就是分层制造的“台阶效应”——每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果制造对象表面要求非常圆滑的话，还会造成精度上的偏差。如今这项新成果的出现，完美克服了3D打印的某些限制，让这项了不起的技术真正应用无限。

(记者张梦然)

关键词：纳米材料研究人员打印技术打印系统