颠覆认知！3D打印也许无需逐层构建

我们大多数人都知道3D打印是什么，我们也知道，即使我们说3D打印，实际的打印过程发生在多个二维层的相互叠加。这让哈佛罗兰研究所的一群研究人员感到困扰，他们决定开发一种真正的3D打印技术。

哈佛罗兰研究所的研究人员现在提出了一种上转换技术的新方法，以提供“真正的”3D打印。他们在《自然》杂志上发表的一篇新论文，描述了一种超越自下而上、分层方法的立体3D打印技术。这种新工艺还消除了对支撑结构的需求，因为在这个过程中产生的树脂是自我支撑的。

首先，让我们来看看普通的3D打印是如何工作的：打印机将一层一层的树脂(在激光照射下会硬化成塑料)从下往上累积起来，物体最终成形。然而，如果打印出来的东西有延伸结构，比如一座桥或飞机机翼，就需要某种类型的平面支撑结构来打印，否则树脂就会脱落。

从表面上看，哈佛罗兰研究所开发的技术似乎相对简单：研究人员通过透镜聚焦激光并将其照射到凝胶状树脂中，这种树脂在暴露于蓝光时会变硬。但研究人员没有简单地使用蓝色激光，因为树脂会沿着光束的整个长度固化。相反，他们使用红光和一些巧妙设计的纳米材料分散在树脂中，仅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，它们能够创建详细的、无支撑的打印件。

研究人员专门使用一种称为三重态融合上转换的方法将一种波长的光转换为另一种波长。通过使正确的分子彼此靠近，研究人员创建一系列能量转移，如将低能红色光子转化为高能蓝色光子。

通过一系列步骤，研究人员将必要的上转换分子形成不同的纳米级液滴，并将它们包裹在保护性二氧化硅壳中。然后他们将得到的纳米胶囊分布在整个树脂中，每个纳米胶囊比人类头发的宽度小1000倍。

研究人员目前正在探索同时多点打印的可能性，这将大大加快这一过程，以及以更高的分辨率和更小的比例进行打印。研究人员也在探索使用上转换纳米胶囊的其他应用，通过将不可用的低能光转换成太阳能电池可收集的波长，将帮助提高太阳能电池板的效率。新技术也可用来帮助研究人员更精确地研究可用光触发的生物模型，甚至在未来提供局部治疗。

研究人员使用他们的打印机创建了一个3D哈佛标志、一个斯坦福标志和一个小船。

包括罗兰研究所的克里斯托弗·斯托克斯在内的研究人员打算继续开发该系统，以提高打印速度和打印细节。当它发挥出全部潜力时，体积式3D打印有望成为游戏规则的改变者，因为它将消除对复杂支撑结构的需求，并极大地加快打印过程。

虽然如此，研究人员意识到他们还有很长的路要走，这项研究才刚刚起步。