赫瑞瓦特大学开发出3D打印新技术，使用近红外 (NIR) 光创建多材料/颜色结构

2023年6月17日，南极熊获悉，来自爱丁堡赫瑞瓦特大学的科学家们开发了一种先进的3D打印技术，这项技术有可能对制造业产生重大影响。研究小组由来自传感器、信号和系统研究所的 Jose Marques-Hueso 博士领导，他们开创了一种新的 3D 打印方法，该方法使用近红外 (NIR) 光来创建包含多种材料和颜色的复杂结构。

该研究项目名称为“Multimaterial Stereolithography byCrosslinking through Luminescence Excitation/通过发光激发交联的多材料立体光刻技术”，已获得工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 提供的 280,000 英镑资金。研究结果以题为“Upconversion 3D printing enables single-immersion multi-materialstereolithography”已发表在 Applied Materials Today 上。

相关论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940723001245

科学家们通过修改立体光刻技术来突破多材料集成的界限来实现这一目标。传统的 3D 打印机通常会将蓝色或UV激光应用于液态树脂，然后选择性地固化以构建所需的物体。然而，混合材料的局限性已被证明是一个缺点。

通过这个项目，科学家们使用了一种 NIR 光源，能够在更深的树脂槽中进行打印，而无需分层打印。这些发现为行业带来了巨大的机遇——尤其是那些依赖专业部件的行业，例如健康和电气行业。

△项目详情

Marques-Hueso 博士说：“我们的新方法的新颖之处在于使用材料的 NIR 隐形窗口打印深度超过 5 厘米，而传统技术的深度限制在0.1毫米左右，这是以前从未有人做过的。这意味着您可以使用一种材料打印，然后添加第二种材料，将其固化在 3D 空间的任何位置，而不仅仅是在外表面的顶部。例如，我们可以打印一个几乎所有侧面都密封的空心立方体。然后我们可以稍后回来打印一个物体，由完全不同的材料制成，在这个盒子里，因为 NIR 激光会穿透以前的材料，就好像它是不可见的，因为事实上，它对于 NIR来讲是完全透明的。”

△JoseMarques-Hueso 博士和 Adilet Zhakeyev 博士。资料来源：赫瑞瓦特大学

赫瑞瓦特大学的研究员Adilet Zhakeyev 博士说：“熔融沉积成型 (FDM) 技术已经能够混合材料，但 FDM 的分辨率较低，各层可见，而立体光刻等基于光固化的技术可以提供分辨率低于 5 微米的高光洁度样品。”

根据赫瑞瓦特大学的说法，该项目的一个关键组成部分是开发含有表现出光学上转换现象的纳米粒子的工程树脂。这些纳米粒子吸收 NIR 光子并将其转化为蓝色光子，使树脂固化。这种情况是“非线性的”——这意味着它可以获得主要位于激光焦点处的蓝色光子，而不是在穿过它的途中。因此，NIR可以像透明一样深入材料内部，只固化内部的材料。

新的 3D 打印方法允许在同一个样品中打印具有不同属性的多种材料——例如，柔性弹性体和刚性丙烯酸，它们对制鞋等许多行业都有用。该技术开辟了无数新的可能性，包括腔内的 3D 打印物体、破碎物体的修复，甚至是通过皮肤的原位生物打印。

Marques-Hueso 博士说：“在同一个研究项目中，我们之前开发了一种可以选择性镀铜的树脂。结合这两种技术，我们现在可以使用两种不同的树脂进行3D打印，并通过使用简单的电镀液浴选择性地仅覆盖其中一种树脂。通过这种方式，我们可以创建3D 集成电路，这对电子行业非常有用。”

尽管这项技术提供了前所未有的制造模式，但成本却低得惊人。根据Marques-Hueso 博士的说法：“这项技术的一个明显优势是整台机器的制造成本不到 400 英镑。其他一些使用激光的先进技术，例如双光子聚合 (2PP)，需要价值数万磅的昂贵超快激光，但我们的情况并非如此，因为我们的专业材料允许使用廉价激光。现在我们有结果来支持我们的主张，我们希望与企业合作并进一步开发这项技术。”