通過新的3D打印工藝制作的船雕像。新技術(shù)可在一定體積的樹脂中打印物體，就像漂浮在果凍塊中心的動(dòng)作人偶，而不必逐層構(gòu)建物體。圖片來源：丹·康格里夫
科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然
盡管3D打印技術(shù)在過去十年中取得了長足的進(jìn)步，但該技術(shù)仍然面臨一個(gè)基本限制：物體必須逐層構(gòu)建。美國研究人員開發(fā)了一種在固定體積的樹脂內(nèi)打印3D物體的方法。打印物體完全由厚樹脂支撐，就像一個(gè)動(dòng)作人偶漂浮在一塊果凍的中心，可從任何角度進(jìn)行添加。這項(xiàng)近日發(fā)表在《自然》雜志上的新3D打印系統(tǒng)，可更輕松地打印日益復(fù)雜的設(shè)計(jì)作品，同時(shí)節(jié)省時(shí)間和材料。
斯坦福大學(xué)電氣工程助理教授丹·康格里夫說：“這種體積打印的能力使你能打印非常困難的對(duì)象。對(duì)于3D打印來說，這是一個(gè)非常令人興奮的機(jī)會(huì)?！?/p>
從表面上看，這項(xiàng)技術(shù)似乎相對(duì)簡單：研究人員通過透鏡聚焦激光并將其照射到凝膠狀樹脂中，這種樹脂在暴露于藍(lán)光時(shí)會(huì)變硬。但研究人員沒有簡單地使用藍(lán)色激光，因?yàn)闃渲瑫?huì)沿著光束的整個(gè)長度固化。相反，他們使用紅光和一些巧妙設(shè)計(jì)的納米材料分散在樹脂中，僅在激光的精確焦點(diǎn)處產(chǎn)生藍(lán)光。通過在樹脂容器周圍移動(dòng)激光，他們能夠創(chuàng)建詳細(xì)的、無支撐的打印件。
研究人員專門使用一種稱為三重態(tài)融合上轉(zhuǎn)換的方法將一種波長的光轉(zhuǎn)換為另一種波長。通過使正確的分子彼此靠近，研究人員創(chuàng)建一系列能量轉(zhuǎn)移，如將低能紅色光子轉(zhuǎn)化為高能藍(lán)色光子。
通過一系列步驟，研究人員將必要的上轉(zhuǎn)換分子形成不同的納米級(jí)液滴，并將它們包裹在保護(hù)性二氧化硅殼中。然后他們將得到的納米膠囊分布在整個(gè)樹脂中，每個(gè)納米膠囊比人類頭發(fā)的寬度小1000倍。
研究人員目前正在探索同時(shí)多點(diǎn)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(jìn)行打印。研究人員也在探索使用上轉(zhuǎn)換納米膠囊的其他應(yīng)用，通過將不可用的低能光轉(zhuǎn)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(shù)也可用來幫助研究人員更精確地研究可用光觸發(fā)的生物模型，甚至在未來提供局部治療。
總編輯圈點(diǎn)
我們熟悉的3D打印這個(gè)詞，其實(shí)是增材制造技術(shù)的俗稱。所謂增材，就是把材料逐層疊加形成所需的實(shí)體模型。這種制造方式優(yōu)點(diǎn)很明顯，比如成本低、快速、自動(dòng)、精確等等。但其缺陷也不可忽視，那就是分層制造的“臺(tái)階效應(yīng)”——每個(gè)層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會(huì)形成具有一定厚度的一級(jí)級(jí)“臺(tái)階”，如果制造對(duì)象表面要求非常圓滑的話，還會(huì)造成精度上的偏差。如今這項(xiàng)新成果的出現(xiàn)，完美克服了3D打印的某些限制，讓這項(xiàng)了不起的技術(shù)真正應(yīng)用無限。
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