《Nature》重磅：体积3D打印技术获重大突破

3D打印新技术(增材制造)，开辟了诸多应用领域，其中立体平版印刷技术stereolithography，是特别成功的范例。然而，由于光的线性吸收，该技术需要在印刷体积表面一，才能发生光聚合，从而对树脂选择和形状色域产生基本限制。

绕过这种界面范式，就是超越线性过程，许多团队利用双光子吸收，以实现体积方式打印。利用双光子吸收，已经可以制备出非凡的纳米级结构，但驱动这一过程所需的激光功率，限制了打印尺寸和速度，从而阻碍了纳米尺度以外的广泛应用。

早前，美国哈佛大学、斯坦福大学Daniel N. Congreve团队Samuel N. Sanders，Tracy H. Schloemer等，在Nature上发文，报道了利用三线态融合上转换 triplet fusion upconversion，以小于4毫瓦连续波激发，实现了体积打印工艺。

Triplet fusion upconversion nanocapsules for volumetric 3D printing.

体3D打印的三重融合上转换纳米胶囊。

通过用二氧化硅壳和增溶配体包封，将上转换引入树脂。进一步引入激子策略excitonic strategy ，系统地控制上转换阈值，以支持单体素monovoxel或并行化打印方案，如此一来，比双光子3D打印所需的功率密度低几个数量级的功率密度，实现了体积3D打印。

图1：3D打印的三重融合上转换

图2：调整上变频阈值

图3：上转换材料的耐用封装

图4：上转换纳米胶囊upconversion nanocapsules UCNC辅助光聚合

目前，迫切需要提高体积打印的加工速度，以在实际时间尺度内，提供复杂的高分辨率打印。根据多体素3D打印选择性光学和算法工程，双光子two-photon absorption 2PA打印，需要在几分钟内固化大量树脂，而不是几十个小时。

该项研究，利用光强度二次依赖quadratic dependence工艺和低阈值纳米胶囊nanocapsules，实现了任意图案化、光固化相当大体积树脂制造。与2PA相比，该方法可以用更低能量的激光输入和更高的速度进行打印。

上转换光光聚合技术，可以在广泛功率密度范围内，实现阈值调谐、形状色域多功能性制备。数量级调整上转换纳米胶囊upconversion nanocapsules，UCNC阈值，以适用于各种打印方案，而非简单的单体素或并行打印，例如快速、可定制、精准3D打印各种完整应用技术。

此外，该技术与光学并行化的最新技术相结合，以大大提高打印速度，从而在3D打印领域的许多应用中，实现离散的局部光化学。上转换纳米胶囊UCNCS可以成为关键使能技术，以应用于高能光穿透受限的各种光控系统。