2023年6月17日，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。

SLA 3D打印技术的简介

光固化成型技术（Stereo Lithography Appearance，SLA，以下简称SLA或SLA技术）由Charles Hull于1983年发明，并在1986年获得申请专利。SLA是最早实现商业化的3D打印技术。SLA又被称为“立体光固化成型法”或“激光光固化”。

查克·赫尔(Chuck Hull)，1939年5月12日出生于美国。SLA 3D打印技术的发明者，也是3D System公司的联合创始人，兼执行副总裁和首席技术官。

1986年，Charles Hull成立3D Systems公司，并大力推动相关业务发展。1988年该公司根据SLA成型技术原理生产出世界上第一台SLA 3D打印机——SLA250，并将其商业化。经过多年发展，3D Systems公司已成为全球最大的3D打印设备供应商。

有关SLA 3D打印技术发明的故事：1983年Chuck Hull在一家名为紫外线的公司任职工程师，他主要工作是研发一种可以用于保护家具表面涂层的光固化树脂胶。有一天，他萌生使用该树脂胶制作零件的想法，经过研究，同年发明了SLA 3D打印技术，并将该技术称为立体平版印刷。

传统SLA 3D打印技术的原理

用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面凝固，完成一个层面的绘图作业。然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化下一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

修改之后实现更大的多材料集成

传统的 SLA 3D打印将蓝色或紫外激光应用于液态树脂，选择性地逐层固化。然而，该过程缺乏材料混合能力。通过这一新工艺，科学家们采用了近红外光源，能够在更深处将3D打印到树脂桶中。科学家们声称，这种新颖的工艺为3D打印专业零件提供了巨大的潜力，特别是在健康和电子领域。

这并不是第一个实现多材料3D打印的3D打印工艺。事实上，熔融沉积 (FDM) 长期以来一直提供多种材料3D打印的功能。然而，科学家们声称他们的新方法可以以更高的分辨率生产多材料零件。

Heriot-Watt大学的Adilet Zhakeyev博士已经在该项目上工作了近三年，他说:“熔融沉积建模(FDM)技术已经能够混合材料，但FDM的分辨率很低，层是可见的，而基于光的技术，如立体光刻，可以提供分辨率在5微米以下的光滑样品。”

该项目名为“通过发光激发进行交联的多材料立体光刻”，已从工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 获得了 28 万英镑的资助。该团队的研究结果发表在《今日应用材料》杂志上。

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

新的近红外3D打印工艺

该方法的创新之处在于使用 NIR 隐形窗材料在超过 5 厘米的深度进行3D打印，比传统 SLA 技术的 0.1 毫米深度限制大幅增加。Marques-Hueso 博士声称这种方法“以前从未有人做过”。

这种新工艺的一个主要好处是，它允许用户使用一种材料3D打印零件，然后添加第二种材料。这种第二种材料不限于3D打印部件的顶部和外表面，并且可以在3D空间中的任何位置固化。这是因为近红外激光可以穿透初始部件的外层。

“例如，我们可以打印一个中空的立方体，它的四面都是密封的。我们可以稍后回来，在这个盒子里打印一个由完全不同的材料制成的物体，因为近红外激光会穿透之前的材料，就好像它是看不见的一样，因为事实上，它在近红外下是完全透明的。”

根据研究人员的说法，该项目的一个关键组成部分是开发含有具有光学上转换的纳米颗粒的工程树脂。这些纳米粒子吸收近红外光子，将其转化为蓝色光子，从而使树脂凝固。

这种现象是“非线性的”，这意味着它可以在激光聚焦处获得蓝色光子，而不是在穿过它的路上。这使得近红外能够穿透材料的深处，就好像它是透明的一样，只是固化了内部的材料。

最终，这种新工艺允许在同一样品中3D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树脂可以一起3D打印。科学家们指出了这种方法的多种应用，包括腔内3D打印、鞋子生产、破损物体的修复以及通过皮肤进行原位生物打印。

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。”

文章来源： 南极熊 ，未知大陆，学堂在线《解密3D打印》学，