从房屋到助听器，三维(3D)打印正在彻底改变我们大规模创建复杂结构的方式。放大到微观和纳米水平，一种被称为双光子聚合光刻(TPL)的工艺使科学家和工程师能够以微观精度构建物体，这对从医药到制造业等行业具有广泛的影响。

　　例如，在计算和通信领域，TPL可以用来开发新的光学材料，比如可以以新的方式操纵光的光子晶体。然而，尽管它充满希望，但在充分利用其潜力方面仍然存在一些挑战。其中最主要的挑战是在可见光波长以下实现均匀收缩和特征尺寸，这对于先进的光处理至关重要。

　　为了解决这一挑战，由新加坡科技与设计大学(SUTD)工程产品开发支柱的Joel Yang教授领导的研究小组与日本和歌山县工业技术中心的同行合作，推出了一种新方法，确保3d打印结构在热处理时均匀收缩。这进一步完善了TPL在生产高精度、纳米级特征方面的应用。

　　他们的研究论文《3D打印微纳米结构材料均匀收缩的挑选和放置过程》发表在《自然通讯》上。

　　在他们的研究中，研究人员在打印基板上使用了一层聚乙烯醇或PVA，以促进3D打印部件被洗掉并转移到单独的基板上，从而实现3D打印部件的可控和均匀减少。在加热过程中，随着整体3D打印均匀收缩，新基板上的松散附件允许结构的基础滑动。

　　这种简单而有效的方法避免了由于结构附着在印刷表面而引起的不均匀收缩问题。它还开辟了转移微观3D打印部件与其他设备集成的可能性，或转移到不适合TPL的基板上。

　　杨从大自然中获得了这项技术的灵感，他说:“就像蚯蚓伸展和收缩在表面上移动一样，我们相信我们可以使我们的3D结构‘滑动’到更小的尺寸而不会变形。”

　　该论文的第一作者、和歌山县工业技术中心的访问研究员森友宏(Tomohiro Mori)表示:“和歌山县吉祥物的复杂几何形状——各种曲线、凸起和凹陷——使其成为展示我们技术有效性的理想对象。这种精细模型的成功均匀收缩表明，我们的方法可以适用于任何形式，而不考虑其形状或平台的坚固性。”

　　该团队的方法能够创造出精细的细节结构，超越了他们的打印设备最初可以生产的结构，突破了之前与3d打印对象相关的分辨率和材料刚性的障碍。

　　通过利用这种新的收缩过程，研究人员还可以改进3d打印结构的特征，使其能够发挥新的作用，例如由于其显示结构颜色的能力而成为视觉指示器。更重要的是，这些颜色不是由染料引起的，而是由材料的内部结构引起的，当材料的尺寸减小时，它会与光相互作用，从而改变其外观。

　　这为材料引入了新的功能。杨解释说:“例如，将某些被称为发色团的分子结合到结构中，这种分子对不同类型的光敏感，可以让我们设计出根据特定照明条件改变颜色的材料。”“这在防伪方面有实际应用，可以通过这些材料的不同结构颜色和发射特性来验证物品的真伪。”

　　研究小组开发的这项技术在电子等行业具有前景，可用于制造复杂的散热器，用于冷却高性能设备，如最先进的gpu和cpu。

　　打印部件的持续收缩也为材料结构要求高保真度的领域开辟了应用领域，例如具有复杂几何形状的机械部件，具有精确光操纵能力的光学元件以及能够以更高精度控制声音的声学设备。

　　展望未来，研究人员计划将他们的技术应用范围扩大到目前研究中使用的聚合物树脂材料之外。通过将他们的方法应用于具有更高折射率的材料，他们的目标是创造更有效的光子晶体，这可以改进激光、成像系统和光学传感器的技术。

　　此外，研究小组还致力于微调印刷结构的间距控制，以生产可以精确控制光操纵方式的全彩色3D模型。这包括努力在大面积或大量转移和准确定位这些结构，保持这些高级应用所需的高精度。