目前，通过粉末烧结过程产生具有高色彩保真度的白色和彩色3D打印物体的过程受到打印过程中使用的热敏剂的脱色的限制。在这里，研究人员通过使用可切换的光致变色氧化钨纳米粒子解决了这个问题，即使在高浓度下它们也无色。在紫外线照射下，氧化钨纳米粒子可以可逆地活化，使其在红外线中具有很高的吸收率。

图形摘要

近年来，出现了具有先进功能的新一代复合材料，它通过利用纳米材料的独特性能，在常规和先进制造领域开辟了动态新领域。最早用于3D打印材料的示例是通过将聚合物与陶瓷纳米颗粒(nanoparticles, NPs) （例如氧化铝和纳米粘土共混来创建纳米复合材料，以改善打印物体的机械性能。最近，碳纳米材料，如碳纳米棒、石墨烯和核-壳结构已被用于通过激光烧结改善3D打印的机械性能并通过各种方法产生导电物体。银纳米颗粒也已用于制造抗菌3D印刷品；金纳米墨水已用于制造3D打印的电化学反应器以进行催化，压电致动器和传感器已使用BaTiO3 NP-聚合物纳米复合材料印刷。

纳米材料已显示出可能破坏当前增材制造（AM）技术的另一个领域是控制物体的美学特性。传统的3D打印是以单色打印的，并且之后必须上漆或染色。在此之前已经将不同颜色的粉末分级以产生“双色调”效果进行了一些实验，但这是一个繁琐的过程，最近的研究集中在使用Hopkinson等人开发的使用“高速烧结”方法，在打印过程中将彩色墨水与热敏墨水一起喷墨到粉末中。但是，这些印刷品的色彩保真度在很大程度上取决于所用增敏剂的性能。金纳米棒(Gold nanorods, GNRs)可作为光热敏化剂使用，可以使用低功率光源将聚合物粉末快速烧结成3D对象，而不会显着改变其美学特性。通过调节金属的共振吸收来实现。

GNR进入近红外（NIR），仅在可见光中留下微弱的吸收。尽管这项研究显示出优异的结果，但使用金纳米棒作为光热敏化剂仍存在一些缺点。GNR在烧结新型高性能聚合物（例如PEEK）（熔化温度343 C））所需的极高温度下不稳定，但至关重要的是，GNR本质上在可见光谱范围内吸收较弱，这会影响高浓度使用时的印刷品着色，对可使用的GNR数量施加了固有限制，而不会影响印刷对象的色纯度。实际上，对于几乎所有用于光热研究的等离子体吸收器，这都是一个问题，因为它们在可见光中的吸收尾部在大量存在NP时变得很重要。

为了在3D打印中达到较高的色纯度，我们假设不使用永久性吸收体来产生热量，而是使用可切换吸收体使我们可以打印出具有很高色纯度和白度的对象。这一点很重要，因为强烈着色的粉末会限制印刷品的色域，这会对印刷品的条形码和美学和应用产生负面影响。这只有当需要它们来促进光热烧结时，它们才具有强的光吸收特性，否则它们将是透明的。本质上，这些可切换的吸收体将用作可编程元件，在3D打印过程中，最好对它们进行编程，以光学方式进行编程，以将其打开并用作光热敏化剂，而随后将其关闭。为此，研究人员寻求使用光致变色材料，其吸收可以通过外部光学刺激来改变。

来自西班牙巴塞罗那光子科学研究所的研究人员2020年4月27日在Nano Letters上发表了了一种新的敏化剂的使用，该敏化剂已被证明可以轻松克服上述问题。

▲图1.（a）紫外线照射20 s前后GNR，炭黑和WO3纳米晶体的吸收图。为了清楚起见，还显示了包含每种材料的浓缩溶液的小瓶的照片。（b）808 nm激光通过WO3溶液的透射，同时样品被紫外线激发。插图显示了WO3 NP的TEM图像；比例尺代表20 nm。（c）照射前后粒子的拉曼光谱。在光照之前（d）和光照之后（e），来自WO3 NC的W 4f核心能级的XPS光谱。

在他们的研究中，研究人员报告了使用由氧化钨制成的纳米粒子作为聚合物粉末的光热敏化剂。这些纳米粒子包含低成本元素，这使其易于制造且廉价。它们在高浓度下是无色的，并且在近红外区域具有很强的吸收性，证明了它们能够以快速的速度将光转化为热量，因此使其成为快速的定影剂。此外，可以通过电或紫外线有效地打开或关闭它们。甚至，它们在非常高的温度下也很稳定，并且与其他可用的敏化剂相比，其显示的变色率更高。最后，当与其他彩色墨水混合时，这些纳米粒子已经能够再现与原始粉末相同的色调，从而保持了原始样品的颜色纯度。

▲图2. 激光烧结样品的含量为0.08％（重量）。CB-PA12粉末（a），1％wt。WO3-PA12粉末（b），和0.03重量％。GNR-PA12粉末。样品是带有空心字母的烧结矩形。（选择浓度以提供相等的热量）。（d）将不同浓度的彩色墨水滴到三种粉末上的照片，突出了NP吸收对每种原色的影响。

该研究结果为等离激元纳米粒子的使用开辟了一条新途径，可用于为高级制造工艺生产高颜色质量的3D多色物体。

本文来源：Alexander W. Powell et al. On-Demand Activation of Photochromic Nanoheaters for High Color Purity 3D Printing, Nano Letters (2020).