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無需逐層構(gòu)建美國研究人員開發(fā)在固定體積樹脂內(nèi)打印3D物體方法

2022-04-21 16:17:11 來源：科技日報

盡管3D打印技術(shù)在過去十年中取得了長足的進步，但該技術(shù)仍然面臨一個基本限制：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(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)計作品，同時節(jié)省時間和材料。

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象。對于3D打印來說，這是一個非常令人興奮的機會。”

從表面上看，這項技術(shù)似乎相對簡單：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，因為樹脂會沿著光束的整個長度固化。相反，他們使用紅光和一些巧妙設(shè)計的納米材料分散在樹脂中，僅在激光的精確焦點處產(chǎn)生藍光。通過在樹脂容器周圍移動激光，他們能夠創(chuàng)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(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液滴，并將它們包裹在保護性二氧化硅殼中。然后他們將得到的納米膠囊分布在整個樹脂中，每個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(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。(張夢然)

關(guān)鍵詞：斯坦福大學(xué) 電氣工程助理教授康格里夫