3D打印技术无疑是当今科学研究领域内的一大研究热点。在金属材料领域，一方面，人们在追求能够打印出大尺寸且性能优良的大型部件；另一方面，如果能够在微观尺度上打印出性能优良的小尺寸平面及三维部件，将会在柔性电子器件、显示器、传感器等领域获得重大应用。 

　　近日，哈佛大学Jennifer A. Lewis研究团队将直写成型技术与聚焦激光退火技术相结合，开发出了一种基于激光的金属3D打印新技术，不需要支撑就能在空间中直接“绘制”出头发丝般粗细的金属物体，而且结构可以任意复杂，速度也很快。相关研究成果以“Laser-assisted direct ink writing of planar and 3D metal architectures”为题发表在5月31日出版的《美国科学院院刊》上（PNAS, 2016, 113, 22, 6137, DOI: 10.1073/pnas.1525131113）。 

　　Lewis团队的这种新技术的全称是“激光辅助直接墨水书写（laser-DIW）”。该技术使用的是一种含有纳米银粒子的墨水，这种墨水被送至打印喷嘴处，然后研究人员使用一种经过编程的激光在其刚刚挤出时对其进行退火，该激光的强度经过专门计算，刚刚能够导致该墨水的固化。此外，其打印喷嘴沿X、Y和Z轴移动，结合旋转的构建平台，可以实现任何曲率的自由曲面。通过这种方式，微型的半球、螺旋图案、甚至由头发丝宽的银质导线组成的一只蝴蝶可以在几秒钟内被打印出来。 

　　研究人员认为该技术相比于其他的3D打印技术具有三大优势：可以在半空中精确制造出符合力学性能要求的复杂形状构件；可以直接打印在低成本的塑料基材上；打印的导线材料表现出了优良的电导率，几乎可以媲美用传统工艺制作的银线。 

　　该论文的第一作者Mark Skylar-Scott称，这项技术最大的挑战在于如何优化激光与喷嘴间隔的距离。 

　　“如果激光在打印过程中太接近喷嘴，热量会向上流动从而导致固化的墨水堵塞喷嘴，”kylar-Scott说，“为了解决这个问题，我们根据给定银线图案的温度分布设计了一个热传导模型，并通过这个模型来调节打印速度以及喷嘴与激光的距离，从而可以精确地控制“空中”的激光退火过程。” 

　　作者表示，该技术不仅能够制造出各种金属的曲线、螺旋，以及尖锐的转角，并且可以直接用银墨水在稀薄的空气中“书写”，从而为那些依赖于定制化的金属结构的电子和生物医学设备带来了无限的可能。 

图来源：PNAS