日前，哈佛大學(xué)下屬的Wyss生物工程研究所John A. Paulson工程和應(yīng)用科學(xué)院（SEAS）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種3D打印復(fù)雜金屬對象的新技術(shù)，這種技術(shù)能夠像3D打印筆那樣在空中直接“繪制”3D金屬對象。

這是一種激光輔助的直接墨水書寫技術(shù)，目前與之相關(guān)的研究論文已經(jīng)于2016年5月16日被在線發(fā)表在了《美國國家科學(xué)院學(xué)報（Proceedings of the National Academy of Sciences）》上。據(jù)了解，該技術(shù)可以在沒有任何輔助支撐材料的情況下一步打印出獨立的微觀金屬3D結(jié)構(gòu)。這項研究的負責(zé)人是Wyss研究所的Jennifer Lewis教授，她同時也是SEAS的Hansj?rg Wyss生物工程教授。

“我對自己實驗室里獲得的最新研究進展真的很興奮，它能夠使我們“快速”（on-the-fly，又有在空中之意）3D打印、退火柔性金屬電極和復(fù)雜的對象?！盠ewis教授說。

據(jù)悉，Lewis的團隊在這項技術(shù)中使用的是一種含有納米銀粒子的墨水，這種墨水被送至打印噴嘴處，然后研究人員使用一種經(jīng)過編程的激光在其剛剛擠出時對其進行退火，該激光的強度經(jīng)過專門計算，剛剛能夠?qū)е略撃墓袒?。此外，其打印噴嘴沿X、Y和Z軸移動，結(jié)合旋轉(zhuǎn)的構(gòu)建平臺，可以實現(xiàn)任何曲率的自由曲面。通過這種方式，微型的半球、螺旋圖案、甚至由頭發(fā)絲寬的銀質(zhì)導(dǎo)線組成的一只蝴蝶可以在幾秒鐘內(nèi)被打印出來。而且打印的導(dǎo)線表現(xiàn)出了優(yōu)良的導(dǎo)電率，幾乎可以與散裝銀相匹配。

據(jù)傳統(tǒng)上用于制備導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)的3D打印技術(shù)相比，激光輔助直接墨水書寫技術(shù)不僅在一步打印曲線和復(fù)雜的線形圖案的能力上更加出色，而且具有感應(yīng)本地激光加熱的能力，可以將導(dǎo)電銀導(dǎo)線直接打印在低成本的塑料基材。

根據(jù)這項研究的第一作者，Wyss研究所的博士后研究員Mark Skylar-Scott稱，這項技術(shù)最大的挑戰(zhàn)在于如何優(yōu)化激光與噴嘴間隔的距離。

“在打印期間，如果激光太接近噴嘴的話，熱能會上溯從而導(dǎo)致固化的墨水堵塞噴嘴。”kylar-Scott說：“為了解決這個問題，我們根據(jù)給定銀線圖案的溫度分布生成了一個熱傳導(dǎo)模型，并通過這個模型來調(diào)節(jié)打印速度和和噴嘴與激光的距離，從而可以精確地控制“空中”的打印過程?！?/p>

最終的結(jié)果是該技術(shù)不僅能夠制造出各種金屬的曲線、螺旋，以及尖銳的轉(zhuǎn)角，并且可以直接用銀墨水在稀薄的空氣中“書寫”，從而為那些依賴于定制化的金屬結(jié)構(gòu)的電子和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備帶來了無限的可能。

除了Lewis 和 Skylar-Scott,之外，Suman Gunasekaran也是本研究的一位合著者。Gunasekaran是在SEAS學(xué)習(xí)化學(xué)和物理學(xué)的一位本科研究員。這樣研究得到了美國能源部、科學(xué)辦公室和基本能源辦公室的支持。