维也纳工业大学（TU Wien）研究团队开发出全新3D打印技术，可在材料内部嵌入隐形二维码、警示图案等信息。通过调控光的强度、波长与温度，科研人员能够精准控制材料的硬度、透明度与弹性，实现随温度变化显隐的图案效果。这项发表于《Nature Communications》的成果，为3D打印在数据加密、防伪标签、生物医学等领域开辟了全新应用前景。
维也纳工业大学（TU Wien）的研究人员在3D打印材料中嵌入隐藏代码
维也纳工业大学（TU Wien）的研究人员开发出一种3D打印工艺，能够将隐藏的代码和符号直接构建到打印材料中。该新方法让科学家能够在每一个点上控制材料的结构和属性，从而制造出能够随温度变化而改变外观的物体。
这项研究发表在《Nature Communications》上，突破了传统3D打印的关键限制之一。传统3D打印通常依赖单一材料，且其属性是均一的。而TU Wien团队通过调节光在打印过程中与液体物质的相互作用，可以改变材料的硬度、透明度和弹性。
“我们可以使用不同的光强、不同的波长，或者不同的温度，”应用合成化学研究所的Katharina Ehrmann表示。“所有这些参数都可以用来影响3D打印材料的性能。”
研究团队成员包括：Dominik Laa（共同第一作者）、Katharina Ehrmann（项目负责人）、Michael Göschl（共同第一作者）。照片来源：TU Wien。
用光控制材料特性
在这项研究中，研究人员使用了在光照下可以固化的液体材料。光照到的地方会引发化学反应，使分子结构单元彼此连接，将液体转变为固体。通过精确调节光的强度、波长和温度，研究人员可以控制分子的排列方式——形成有序的晶体结构或更为随机的非晶结构。
“根据结晶度的不同，材料的性能也会有很大差异，”研究员、论文第一作者Michael Göschl解释说。“晶体材料通常坚硬而脆，而非晶材料往往柔软且具有弹性。光学特性也可能不同，从玻璃般的透明到不透明的白色都有可能。”研究员Dominik Laa补充道。
（图注：具有“隐形”二维码的分层系统。图片来源：TU Wien。）
展示实际应用
研究团队通过多个示例展示了该方法的灵活性。其中一个例子是，他们制造了一个塑料物体，在其结晶层下隐藏了一个不可见的二维码。当加热到特定温度时，结晶层会变得透明，二维码随之显现；当材料冷却后，结晶层恢复原状，再次将二维码隐藏起来。
同样的原理还被用于打印一种警示符号，当温度超过特定阈值时才会显现，这为监测热敏性物品提供了一种新的工具。材料的光学特性分析由TU Wien固体物理研究所Andrei Pimenov教授的研究小组协助完成。
“我们为3D打印提供了一个全新的可能性范围，”Ehrmann表示。“这种技术在数据存储与安全、生物医学等多个领域都有潜在的应用前景。”
光基3D打印方法的趋势
TU Wien的技术属于更广泛的光基3D打印研究趋势之一，该领域的目标是增强材料控制能力并提高打印精度。
例如，麻省理工学院（MIT）的研究人员最近开发出一种3D打印方法，利用一种对光敏感的树脂，根据所暴露的光类型可以形成坚固结构或可溶解支撑。紫外光（UV）可将树脂硬化为强韧、永久的形状，而可见光则形成较弱的支撑结构，可在特定溶剂中溶解。该方法消除了切割、打磨等人工后处理步骤，加快了生产速度并减少浪费。
2020年，德克萨斯大学奥斯汀分校的一个研究团队开发出一种用于可见光快速高分辨率固化的光聚合树脂。这种“泛色”材料可在四种波长（紫、蓝、绿、红）下固化，由单体、光氧化还原催化剂、两种共同引发剂和遮光剂组成。研究人员指出，该树脂可与多种添加剂结合使用，包括生物化合物，从而实现组织工程和医疗器械制造等应用。
