3D打印技術參考注意到，清華大學近年來已經在國際頂級期刊《science》和《nature》發表了多篇有關3D打印技術的研究，其中發明的新工藝就有三種。本期內容，我們就來回顧國內頂尖團隊發明的這些新技術。

??半導體量子點3D打印技術

2022年，清華大學孫洪波院士與林琳涵副教授課題組，發明了一種名為“光激發誘導化學鍵合實現半導體量子點3D納米打印”的新技術。該技術能夠實現無聚合物、超高純度、三維任意構型的量子點納米級3D打印，為前沿光電子器件的發展提供了重要工藝基礎。

該研究以“3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding”為題發表在Science。

為了讓納米尺度的量子點結合在一起創建出結構，傳統上需要用到有機聚合物，這會導致最終產品的純度和性能。這項研究完全拋棄了聚合物，利用激光激發量子點內部產生高能載流子，這些載流子會移動到量子點表面，剝離其保護配體，導致量子點之間可形成化學鍵，實現牢固結合。

這一全新的物理機制解決了多個傳統制造中的痛點，實現了幾乎100%的材料純度、突破了極限打印的分辨率，并在大規模陣列化加工時保持優良的均一性，而且該技術還具有強大的三維與多材料加工能力。

報道指出，該研究開辟了納米器件制備工藝的新途徑，在光電器件集成、高性能近眼顯示等領域具有重要的應用前景。

??無機納米材料3D打印技術

2023年，清華大學化學系張昊副教授、李景虹院士與精儀系孫洪波院士、林琳涵副教授團隊?，發明了一種名為“3D Pin”的新技術，它的重要突破在于，不需要依賴聚合物，就能實現對多種無機納米材料的高精度、高純度、普適性直接3D打印。

這項成果以“3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals”為題發表在Science。

納米級分辨率的無機材料3D打印為探索新興功能器件提供了一種不同的材料加工途徑。然而，現有技術通常需要使用光固化樹脂，這會降低材料純度并損害其性能。

清華團隊找到了一種全新的化學機制來打印結構。所配制的墨水只用少量交聯劑，在飛秒激光掃描下，就能觸發納米顆粒之間直接形成共價鍵，打印完之后通過溫和的熱退火或化學處理可將剩余的少量有機組分徹底去除，幾乎不損害結構完整性。

該技術在打印無機材料時具有通用性，研究團隊驗證了十余種半導體、金屬氧化物、金屬及其混合物。這種無需樹脂的鍵合過程，可以以納米級分辨率3D打印出眾多無機納米材料及其混合物的復雜結構，且打印結構具有較高的無機物質量分數（~90%）和高機械強度。

這項研究可為構建微納功能材料、光電集成器件、生物芯片等提供新的手段。

?? 計算全息光場3D打印技術

2026年，清華大學戴瓊海院士所帶領的成像與智能技術實驗室研究團隊，發明了一種“通過合成全息光場實現亞秒體積3D打印”的新技術，將傳統體積3D打印的曝光速度提升了數十倍，毫米級尺寸的高分辨率復雜結構的3D打印僅需0.6秒，打破了制造速度、尺寸、精度不能兼得的限制，創下了該技術的世界紀錄。

這項研究成果以“Sub-second volumetric 3D printing by synthesis of holographic light fields”為題發表在Nature。

傳統的體積3D打印包括“交叉光刻”和“計算軸向光刻”等，雖已經大幅提高了3D打印的速度，要么材料受限，要么難以保證尺寸和精度。而清華大學推出的這一新技術，轉換了體積3D打印的思路，變旋轉樹脂容器為旋轉光場，將打印速度再度提升了幾十倍、能夠以更高精度打印更大尺寸的零件，且打印的材料更為多樣。因此，該技術一次性同時解決了速度問題、材料選擇問題以及制造精度問題。

這一技術的成功開發，是多學科交叉研究的成果。研究團隊基于在計算光學的深耕實踐，發現計算光學可操縱高緯全息光場構建三維實體，歷時五年攻關，攻克了多視角光場的高速調控，拓展景深的全息圖案優化算法設計等系列難題，最終創造出“數字非相干合成全息光場（DISH）3D打印技術”。

清華大學指出，該技術將為生物醫學、柔性電子、微型機器人、微納光學器件相關領域技術升級提供新的解決方案。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

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