虽然 3D 打印技术在过去十年里取得了显著的进步，但这项技术仍然面临着一个根本的限制 : 物体必须一层一层地构建起来。 不过，有没有办法可以改变这种现状 呢？

一种新的3D打印工艺制造出的船形雕像，它可以在一体积的树脂中打印出一个物体，就像一个漂浮在果冻块中心的动作人物一样，而不必一层一层地构建物体。来源：Dan Congreve

Dan Congreve是斯坦福大学电气工程的助理教授，也是哈佛大学罗兰研究所的前研究员，他和他的同事们已经开发出一种在固定体积的树脂中打印3D物体的方法。打印出来的物体完全由厚厚的树脂支撑——想象一个漂浮在一块果冻中心的动作人物，所以它可以从任何角度添加到果冻中。这消除了使用更标准的打印方法创建复杂设计时通常需要的支撑结构。最近发表在《自然》杂志上的新的3D打印系统，可以使打印日益复杂的设计变得更容易，同时节省时间和材料。

用于3D打印的三重态融合上转换。

Congreve说:“这种体积打印的能力可以让你打印出以前非常困难的物体。这是3D打印向前发展的一个非常令人兴奋的机会。”

使用灯光打印

研究人员通过透镜聚焦激光，并将其照射到一种凝胶树脂中，这种树脂在蓝光照射下会变硬。但是Congreve和他的同事们不能简单地使用蓝色激光——树脂会在整个光束长度上固化。相反，他们使用了一种红光和一些巧妙设计的纳米材料，分散在树脂中，只在激光的精确焦点处产生蓝光。通过在树脂容器周围移动激光，他们能够创造出详细的、无支撑的打印品。

来源：Dan Congreve

Congreve的实验室专门研究一种波长的光转换为另一种波长的光，这种方法被称为三态聚变上转换。通过正确的分子相互靠近，研究人员可以创造出一种能量转移链，例如，将低能的红光光子转化为高能的蓝光光子。

通过一系列步骤（包括将一些材料放入Vitamix搅拌机中旋转），Congreve和他的同事能够将必要的上转换分子形成不同的纳米级液滴，并将其包裹在保护性二氧化硅外壳中。然后，他们将得到的纳米胶囊分布在整个树脂中，每个纳米胶囊的宽度都比人类头发的宽度小1000倍。

Congreve实验室的博士后研究员、该论文的主要作者之一TracySchloemer说：“弄清楚如何使纳米胶囊变得坚固并非易事，3D打印树脂实际上相当苛刻。如果这些纳米胶囊开始分解，上转换能力就会消失。所有内容物都会溢出，你无法获得你需要的分子碰撞。”

光转换纳米胶囊的下一步

研究人员目前正在研究改进3D打印技术的方法。他们正在研究同时打印多个点的可能性，这将大大加快该过程，以及以更高的分辨率和更小的比例打印。

由UCNC生成的打印促进了光聚合。

Congreve也在探索其他机会，将这种上转换纳米胶囊投入使用。例如，通过将无法使用的低能光转换为太阳能电池可以收集的波长，它们可能有助于提高太阳能电池板的效率。或者，它们可以用来帮助研究人员更精确地研究可以用光触发的生物模型，甚至在未来提供局部治疗。

Congreve说：“你可以用红外光穿透组织，然后用这种上转换技术将红外光转化为高能光，例如，驱动化学反应。我们在纳米尺度上控制材料的能力为我们提供了很多非常好的机会来解决其他方面难以解决的挑战性问题。”

来源：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