雖然 3D 打印技術在過去十年裏取得了顯著的進步，但這項技術仍然麵臨(lin) 著一個(ge) 根本的限製 : 物體(ti) 必須一層一層地構建起來。 不過，有沒有辦法可以改變這種現狀 呢？

一種新的3D打印工藝製造出的船形雕像，它可以在一體(ti) 積的樹脂中打印出一個(ge) 物體(ti) ，就像一個(ge) 漂浮在果凍塊中心的動作人物一樣，而不必一層一層地構建物體(ti) 。來源：Dan Congreve

Dan Congreve是斯坦福大學電氣工程的助理教授，也是哈佛大學羅蘭(lan) 研究所的前研究員，他和他的同事們(men) 已經開發出一種在固定體(ti) 積的樹脂中打印3D物體(ti) 的方法。打印出來的物體(ti) 完全由厚厚的樹脂支撐——想象一個(ge) 漂浮在一塊果凍中心的動作人物，所以它可以從(cong) 任何角度添加到果凍中。這消除了使用更標準的打印方法創建複雜設計時通常需要的支撐結構。最近發表在《自然》雜誌上的新的3D打印係統，可以使打印日益複雜的設計變得更容易，同時節省時間和材料。

用於(yu) 3D打印的三重態融合上轉換。

Congreve說:“這種體(ti) 積打印的能力可以讓你打印出以前非常困難的物體(ti) 。這是3D打印向前發展的一個(ge) 非常令人興(xing) 奮的機會(hui) 。”

使用燈光打印

研究人員通過透鏡聚焦激光，並將其照射到一種凝膠樹脂中，這種樹脂在藍光照射下會(hui) 變硬。但是Congreve和他的同事們(men) 不能簡單地使用藍色激光——樹脂會(hui) 在整個(ge) 光束長度上固化。相反，他們(men) 使用了一種紅光和一些巧妙設計的納米材料，分散在樹脂中，隻在激光的精確焦點處產(chan) 生藍光。通過在樹脂容器周圍移動激光，他們(men) 能夠創造出詳細的、無支撐的打印品。

來源：Dan Congreve

Congreve的實驗室專(zhuan) 門研究一種波長的光轉換為(wei) 另一種波長的光，這種方法被稱為(wei) 三態聚變上轉換。通過正確的分子相互靠近，研究人員可以創造出一種能量轉移鏈，例如，將低能的紅光光子轉化為(wei) 高能的藍光光子。

通過一係列步驟（包括將一些材料放入Vitamix攪拌機中旋轉），Congreve和他的同事能夠將必要的上轉換分子形成不同的納米級液滴，並將其包裹在保護性二氧化矽外殼中。然後，他們(men) 將得到的納米膠囊分布在整個(ge) 樹脂中，每個(ge) 納米膠囊的寬度都比人類頭發的寬度小1000倍。

Congreve實驗室的博士後研究員、該論文的主要作者之一TracySchloemer說：“弄清楚如何使納米膠囊變得堅固並非易事，3D打印樹脂實際上相當苛刻。如果這些納米膠囊開始分解，上轉換能力就會(hui) 消失。所有內(nei) 容物都會(hui) 溢出，你無法獲得你需要的分子碰撞。”

光轉換納米膠囊的下一步

研究人員目前正在研究改進3D打印技術的方法。他們(men) 正在研究同時打印多個(ge) 點的可能性，這將大大加快該過程，以及以更高的分辨率和更小的比例打印。

由UCNC生成的打印促進了光聚合。

Congreve也在探索其他機會(hui) ，將這種上轉換納米膠囊投入使用。例如，通過將無法使用的低能光轉換為(wei) 太陽能電池可以收集的波長，它們(men) 可能有助於(yu) 提高太陽能電池板的效率。或者，它們(men) 可以用來幫助研究人員更精確地研究可以用光觸發的生物模型，甚至在未來提供局部治療。

Congreve說：“你可以用紅外光穿透組織，然後用這種上轉換技術將紅外光轉化為(wei) 高能光，例如，驅動化學反應。我們(men) 在納米尺度上控製材料的能力為(wei) 我們(men) 提供了很多非常好的機會(hui) 來解決(jue) 其他方麵難以解決(jue) 的挑戰性問題。”

來源：Triplet fusion upconversion nanocapsules for volumetric 3D printing, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04485-8. www.nature.com/articles/s41586-022-04485-8