科幻小说设想了快速3D打印过程，可以用任意数量的材料快速创造出新的物体。但在现实中，3D打印在可用材料的性质和类型上仍然受到限制，尤其是在非常小的规模下。

斯坦福大学的研究人员已经开发出一种用于纳米级打印的新材料——创造出人类头发宽度的一小部分的结构——并使用它打印出既强又轻的微小晶格。在《科学》杂志上发表的一篇论文中，研究人员证明，这种新材料能够吸收的能量是同等密度的其他3d打印材料的两倍。未来，他们的发明可以用于为卫星、无人机和微电子器件的脆弱部件提供更好的轻量化保护。

机械工程助理教授、这篇论文的通讯作者Wendy Gu说:“现在人们对设计不同类型的机械性能3D结构很感兴趣。”“在此基础上，我们开发了一种非常善于抵抗力量的材料，所以它不仅是3D结构，而且还提供了非常好的保护。”

介绍金属纳米团簇

为了设计一种更好的3D打印材料，Gu和她的同事们将金属纳米簇(微小的原子团)加入到他们的打印介质中。研究人员正在使用一种被称为双光子光刻的方法进行打印，这种方法通过激光引发的化学反应使打印材料硬化。他们发现，他们的纳米簇非常善于启动这个反应，并产生了一种聚合物打印介质和金属的复合材料。

“纳米簇具有很好的特性，可以吸收激光，然后将其转化为化学反应，”Gu说。“他们可以用好几类聚合物做到这一点，所以他们比我预期的更多才多艺。”

研究人员能够将金属纳米团簇与丙烯酸酯、环氧树脂和蛋白质结合起来——这是3D打印中常用的几种聚合物。此外，纳米团簇有助于加快打印过程。例如，通过将纳米簇与蛋白质结合，Gu和她的同事能够以每秒100毫米的速度打印，这比以前在纳米级蛋白质打印中所达到的速度快了大约100倍。

研究人员用几种不同的晶格结构测试了他们的新材料，优先考虑一些材料的承载能力和另一些材料的吸收冲击的能力。通过纳米簇-聚合物复合材料，所有的结构都表现出了令人印象深刻的能量吸收、强度和可恢复性的结合——本质上是挤压和反弹的能力。

“晶格结构当然很重要，但我们在这里展示的是，如果制成它的材料是优化的，这对性能更重要，”Gu说。“如果你有合适的打印材料，你不必担心3D结构到底是什么。”

复制自然世界

在某些方面，顾和她的同事们正试图模仿大自然已经完善的东西。例如，骨骼的弹性来自于坚硬的外表、纳米级的孔隙和少量的软材料。这种3D结构和多种精心设计的材料的结合，使我们的骨骼能够在不断裂的情况下传输能量(大多数情况下)，同时仍然保持相对轻的重量。理想情况下，3d打印的保护结构也应该包含多种类型的材料，有些更硬，有些更软，以更好地分散冲击和抵抗挤压。

“由于纳米团簇能够聚合这些不同种类的化学物质，我们也许可以用它们在一个结构中打印多种材料，”Gu说。“这是我们的目标之一。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。