無需逐層構建的3D打印技術面世

科技日報北京4月20日電 （記者張夢然）儘管3D打印技術在過去十年中取得了長足的進步，但該技術仍然面臨一個基本限制：物體必須逐層構建。美國研究人員開發了一種在固定體積的樹脂內打印3D物體的方法。打印物體完全由厚樹脂支撐，就像一個動作人偶漂浮在一塊果凍的中心，可從任何角度進行添加。這項近日發表在《自然》雜誌上的新3D打印系統，可更輕鬆地打印日益複雜的設計作品，同時節省時間和材料。

斯坦福大學電氣工程助理教授丹·康格里夫説：“這種體積打印的能力使你能打印非常困難的對象。對於3D打印來説，這是一個非常令人興奮的機會。”

從表面上看，這項技術似乎相對簡單：研究人員通過透鏡聚焦激光並將其照射到凝膠狀樹脂中，這種樹脂在暴露於藍光時會變硬。但研究人員沒有簡單地使用藍色激光，因為樹脂會沿着光束的整個長度固化。相反，他們使用紅光和一些巧妙設計的納米材料分散在樹脂中，僅在激光的精確焦點處產生藍光。通過在樹脂容器周圍移動激光，他們能夠創建詳細的、無支撐的打印件。

研究人員專門使用一種稱為三重態融合上轉換的方法將一種波長的光轉換為另一種波長。通過使正確的分子彼此靠近，研究人員創建一系列能量轉移，如將低能紅色光子轉化為高能藍色光子。

通過一系列步驟，研究人員將必要的上轉換分子形成不同的納米級液滴，並將它們包裹在保護性二氧化硅殼中。然後他們將得到的納米膠囊分佈在整個樹脂中，每個納米膠囊比人類頭髮的寬度小1000倍。

研究人員目前正在探索同時多點打印的可能性，這將大大加快這一過程，以及以更高的分辨率和更小的比例進行打印。研究人員也在探索使用上轉換納米膠囊的其他應用，通過將不可用的低能光轉換成太陽能電池可收集的波長，將幫助提高太陽能電池板的效率。新技術也可用來幫助研究人員更精確地研究可用光觸發的生物模型，甚至在未來提供局部治療。

【總編輯圈點】

我們熟悉的3D打印這個詞，其實是增材製造技術的俗稱。所謂增材，就是把材料逐層疊加形成所需的實體模型。這種製造方式優點很明顯，比如成本低、快速、自動、精確等等。但其缺陷也不可忽視，那就是分層製造的“台階效應”——每個層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會形成具有一定厚度的一級級“台階”，如果製造對象表面要求非常圓滑的話，還會造成精度上的偏差。如今這項新成果的出現，完美克服了3D打印的某些限制，讓這項了不起的技術真正應用無限。