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無(wú)需逐層構(gòu)建美國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)在固定體積樹(shù)脂內(nèi)打印3D物體方法

2022-04-21 16:17:11 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

盡管3D打印技術(shù)在過(guò)去十年中取得了長(zhǎng)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(guó)研究人員開(kāi)發(fā)了一種在固定體積的樹(shù)脂內(nèi)打印3D物體的方法。打印物體完全由厚樹(shù)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(shuō)：“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(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常令人興奮的機(jī)會(huì)。”

從表面上看，這項(xiàng)技術(shù)似乎相對(duì)簡(jiǎn)單：研究人員通過(guò)透鏡聚焦激光并將其照射到凝膠狀樹(shù)脂中，這種樹(shù)脂在暴露于藍(lán)光時(shí)會(huì)變硬。但研究人員沒(méi)有簡(jiǎn)單地使用藍(lán)色激光，因?yàn)闃?shù)脂會(huì)沿著光束的整個(gè)長(zhǎng)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(shù)脂中，僅在激光的精確焦點(diǎn)處產(chǎn)生藍(lán)光。通過(guò)在樹(shù)脂容器周圍移動(dòng)激光，他們能夠創(chuàng)建詳細(xì)的、無(wú)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(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為另一種波長(zhǎng)。通過(guò)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(guò)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(shù)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(guò)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(guò)將不可用的低能光轉(zhuǎn)換成太陽(yáng)能電池可收集的波長(zhǎng)，將幫助提高太陽(yáng)能電池板的效率。新技術(shù)也可用來(lái)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(lái)提供局部治療。(張夢(mèng)然)

關(guān)鍵詞：斯坦福大學(xué) 電氣工程助理教授康格里夫