首款全 3D 打印 LED 现已问世

3D 打印被誉为自流水线以来制造业最令人惊奇的一件事。这个想法是，有朝一日，每个家庭都可以成为一个小型工厂，在线下载 CAD 模板并打印眼镜、咖啡杯、鞋子以及家庭可能需要的任何其他物品。问题是，目前大多数 3D 打印机只能打印相当于塑料玩具的东西——再加上几把枪、披萨和身体部位。

“在 3D 打印领域，最大的推动力是尝试同时使用多种材料进行打印，”机械工程师 Michael McAlpine 说道。“他们真正的意思是，通常使用两种不同颜色的塑料进行打印。”

然而，麦卡尔平和普林斯顿大学的同事们已经远远超出了双色人偶的范畴。他们将五种不同的材料混合搭配，制成了第一款完全 3D 打印的 LED 灯。尽管之前有其他团队也曾获得这一殊荣，但麦卡尔平表示，那些并不是真正的 LED。“他们打印了一块电子线路板，然后将普通的 LED 插入其中。”

更具体地说，普林斯顿团队发明的 LED（即发光二极管）被称为量子点 LED。它们与电视和手机屏幕内置的 LED 非常相似，但人们希望 QD LED 能更节能。

为了从头开始制作 LED，研究人员必须制造一台定制的 3D 打印机。他们花了大约六个月的时间，花费了 10,000 到 20,000 美元来组装这台打印机。

印刷的 LED 有五层。在底部，由银纳米颗粒制成的金属环充当电路的金属触点。在顶部是两层聚合物层（两者都有很长的化学名称），它们共同提供电流并将电流传送到下一层。下一层包含量子点。量子点由包裹在硫化锌壳中的硒化镉纳米颗粒制成。当电子撞到这些量子点时，它们会发出橙色或绿色的光。光的顶部是一层由共晶镓铟制成的阴极层，电子通过该阴极层从 LED 中流出。

除了金属和聚合物的结合，一些材料是亲水性的，而另一些则是疏水性的；一些是液体，另一些是固体。麦卡尔平说，这是迄今为止通过 3D 打印技术将不同材料组合成一个物体的次数最多的一次。

打印出来的 LED 性能与 iPhone 屏幕中使用的 LED 相当，尽管它们还远远不能超越市面上真正高端的 LED。但通过控制量子点的厚度和均匀性，以及通过试验不同的墨水配方，打印出来的 LED 的性能可能会变得更好。也许有一天，如果 3D 打印机变得更便宜，人们就可以将类似的东西融入自制电视和 iPhone 中。

但麦卡尔平想象了更多令人兴奋的可能性。“传统微电子行业非常擅长制造二维电子产品，”他说。“电视和手机的屏幕是平面的。但 3D 打印给你的是三维，它可以用于人们还没有想象到的东西，比如可以用在身体里的 3D 结构。”

接下来，麦卡尔平的团队（顺便说一下，他们去年制作了一只 3D 打印的仿生耳）想要尝试打印晶体管，这样他们的 3D 打印设备就可以具有计算机芯片中可能具有的那种功能。