陈根：3D打印新突破，不用逐层打印

文/陈根

不同于以平面形状的方式将文件内容打印出来的2D打印，3D打印需将想要打印的物品的三维形状信息写入到3D打印机可以解读的文件，再等3D 打印机解读文件后，以材料逐层堆积的方式打印出立体形状。可以说，三维的形状就是功能的基础，打印出了形状，也就打印出了功能。

其中，3D打印主要包括三维设计和逐层打印两个过程：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型分区成为逐层的截面，指导打印机逐层进行打印。其中，3D打印一个明显的技术限制就是：物体必须逐层构建。

对于此，近日，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，可以从任何角度进行添加。

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，研究人员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。

当前，3D打印仍然作为先进制造技术被寄予厚望：许多技术创新站在取得突破的门槛上，但其中却少有几项技术有望逆转生产率增长的下降。但3D打印不同——它从设计上就是一种有助于提高生产率的工具。

如果将3D打印和机器人结合起来，它的影响将会更大。机器人在3D空间中非常灵活，而3D打印机可以构建复杂的东西。将这两者结合起来，没有理由不能从零开始构建任何结构，而科学家们也在为之努力。

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