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文/陳根

不同于以平面形狀的方式將文件內(nèi)容打印出來(lái)的2D打印，3D打印需將想要打印的物品的三維形狀信息寫入到3D打印機(jī)可以解讀的文件，再等3D 打印機(jī)解讀文件后，以材料逐層堆積的方式打印出立體形狀?？梢哉f，三維的形狀就是功能的基礎(chǔ)，打印出了形狀，也就打印出了功能。

其中，3D打印主要包括三維設(shè)計(jì)和逐層打印兩個(gè)過程：先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型分區(qū)成為逐層的截面，指導(dǎo)打印機(jī)逐層進(jìn)行打印。其中，3D打印一個(gè)明顯的技術(shù)限制就是：物體必須逐層構(gòu)建。

對(duì)于此，近日，美國(guó)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，可以從任何角度進(jìn)行添加。

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(jiǎn)單地使用藍(lán)色激光，因?yàn)闃渲瑫?huì)沿著光束的整個(gè)長(zhǎng)度固化。

相反，研究人員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(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(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。

當(dāng)前，3D打印仍然作為先進(jìn)制造技術(shù)被寄予厚望：許多技術(shù)創(chuàng)新站在取得突破的門檻上，但其中卻少有幾項(xiàng)技術(shù)有望逆轉(zhuǎn)生產(chǎn)率增長(zhǎng)的下降。但3D打印不同——它從設(shè)計(jì)上就是一種有助于提高生產(chǎn)率的工具。

如果將3D打印和機(jī)器人結(jié)合起來(lái)，它的影響將會(huì)更大。機(jī)器人在3D空間中非常靈活，而3D打印機(jī)可以構(gòu)建復(fù)雜的東西。將這兩者結(jié)合起來(lái)，沒有理由不能從零開始構(gòu)建任何結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家們也在為之努力。