▎藥明康德内容團隊編輯
近些年來，3D列印技術已經應用于工業制造、科學研究、醫學等多個領域，使得各行各業的人們可以便捷地列印出立體物體。不過，雖然3D列印的産物是三維的，但目前的3D列印本身其實屬于二維的平面過程。
3D列印的基本工作原理是：首先，一層平整的樹脂在雷射的照射之下，硬化形成塑膠。随後，這個過程多次反複、樹脂逐層堆積，最終由下至上列印出完整的三維物體。不過，如果目标産物的一部分是懸垂狀态，例如要列印一座橋或是機翼，那麼列印過程就需要水準方向的外在支撐結構，以避免樹脂倒塌。
現在，在一項發表于《自然》雜志的最新研究中，來自哈佛大學和MIT的研究團隊開發出了真正意義上的3D列印。這項被稱為“體積3D列印”的技術打破了由下至上逐層列印的限制，使得3D列印過程可以實作自我支撐，而無需借助外在支撐結構。
“我們想知道的是，我們能否抛開這些複雜的步驟，直接列印整個物體，”這項研究的上司者，斯坦福大學助理教授Daniel N. Congreve說，“我們的目标是僅借助雷射的移動來真正列印出三維圖案，而不是受限于逐層列印的特性。”
這項全新設計的關鍵，就在于通過一個增頻轉換過程，将紅光轉變為藍光。
在3D列印過程中，樹脂在平坦的表面上，随着雷射的路徑沿直線硬化。在最新研究中，研究團隊使用納米膠囊包裝實作增頻轉換的分子，使樹脂隻對雷射焦點處增頻形成的藍光産生反應。光束從3個不同的方向掃描，是以不需要在上一層材料的基礎上列印。
相比于傳統手段，通過新方法産生的樹脂黏性更強，是以在列印過程中，可以無需借助外力支撐“站立”。
▲在全新的3D列印過程中，藍光誘導的化學反應使得樹脂硬化（視訊來源：Tracy H. Schloemer and Arynn O. Gallegos）
“通過我們對樹脂、列印系統的設計，紅光在這裡不起作用，” Congreve教授說，“但小的藍色光點誘導的化學反應讓樹脂變硬、形成塑膠。總的來說，這意味着來自各個方向的雷射穿過這個系統，但隻有藍光可以使樹脂聚合，進而實作列印。”
研究團隊使用這款全新的裝置，列印了包括哈佛、MIT校徽在内的三維物體。此外，這套裝置還列印出了一艘小船——這種物體常常作為3D列印機的标準測試對象，因為這樣的小船足夠小，并且需要舷窗這樣的精細細節和開闊的船艙空間。
▲利用全新的3D列印技術列印的小船（圖檔來源：Dan Congreve）
當然，研究者也承認，目前仍有很長的路要走。“我們剛剛接觸到這項新技術的淺層。” Congreve教授表示。接下來，他們計劃繼續改進這一系統，以提升其列印效率、包含更多細節。Congreve教授期待，這項全新的技術或将開創3D列印的全新未來：不僅使得列印裝置不再需要複雜的支撐結構，而且潛力兌現後，有望大幅提升列印速度。
參考資料：
[2] Making 3D printing truly 3D. Retrieved Apr. 20, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/950588
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