我們的生活離不開(kāi)各式各樣的塑料和橡膠，它們有一個(gè)共同的名字——高分子化合物，也叫聚合物。前一個(gè)稱呼表明它們的分子異常地龐大，而后一個(gè)稱呼反映出這些“龐然大物”是許多小分子通過(guò)化學(xué)反應(yīng)“聚”在一起得到的。

　　例如，有機(jī)玻璃就是一種常見(jiàn)的塑料，它質(zhì)輕且透光性好，經(jīng)常被用來(lái)代替玻璃。有機(jī)玻璃的“學(xué)名”叫聚甲基丙烯酸甲酯，顧名思義，它是由無(wú)數(shù)甲基丙烯酸甲酯分子互相互反應(yīng)得到的。

　　不過(guò)就像烈性炸藥需要雷管引發(fā)才會(huì)劇烈爆炸一樣，大部分情況下，這些小分子也需要一定的條件才會(huì)拉起手來(lái)。這種條件有的是加熱，有的是外加催化劑，而甲基丙烯酸甲酯分子則需要兩位特殊的“媒人”，一位是光照，而另一位則是一種叫做二苯酮的化合物。

　　二苯酮這種物質(zhì)平時(shí)很穩(wěn)定，可是一旦遇到紫外線照射就一分為二，變成兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的碎片。甲基丙烯酸甲酯的分子本來(lái)都在熟睡，這些碎片產(chǎn)生后立刻會(huì)把它們叫醒。每個(gè)醒來(lái)的甲基丙烯酸甲酯分子馬上又可以叫醒下一個(gè)分子，并和它牽起手來(lái)；第二個(gè)分子又去叫醒第三個(gè)分子，再牽手……這樣，在這些碎片的幫助下，甲基丙烯酸甲酯分子一個(gè)個(gè)連接起來(lái)，變成了聚甲基丙烯酸甲酯。

　　實(shí)際上，如果不用光照而改用加熱的方式，我們同樣可以使得甲基丙烯酸甲酯分子反應(yīng)變成聚甲基丙烯酸甲酯，但是很多時(shí)候人們更喜歡使用光照的方法。這是為什么呢？我們不妨來(lái)看這樣一個(gè)例子：如果我們需要在某個(gè)物體表面涂上一層聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，則可以把事先添加了某些特殊化合物的甲基丙烯酸甲酯液體涂抹到物體表面，再把這個(gè)物體加熱一段時(shí)間，一層均勻的塑料薄膜就得到了。但如果這個(gè)物體本身不太耐熱，這種方法很可能會(huì)造成不必要的損壞；如果改用光照去引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，問(wèn)題就迎刃而解了。牙醫(yī)在補(bǔ)牙時(shí)就是先將小分子的液體填充到需要修補(bǔ)的區(qū)域，再用紫外線輕輕一照，小分子就發(fā)生反應(yīng)變成了堅(jiān)硬的塑料。想一想，要是牙醫(yī)將一根熱得發(fā)紅的電熱棒伸進(jìn)患者的口腔，恐怕沒(méi)有誰(shuí)能夠忍受吧。

　　另外一個(gè)例子更好地說(shuō)明了光照具有的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。如果我們打算讓一個(gè)物體表面的某些區(qū)域覆蓋上聚甲基丙烯酸甲酯，另外一些區(qū)域保持原樣，當(dāng)然只需要將甲基丙烯酸甲酯涂到特定的區(qū)域。但如果這些區(qū)域的寬度只有幾百微米，這個(gè)方法就不靈了。這時(shí)我們可以先用添加了二苯酮的甲基丙烯酸甲酯涂滿整個(gè)區(qū)域，再用紫外燈透過(guò)一個(gè)模板去照射。這個(gè)模板有些區(qū)域能夠讓紫外線通過(guò)，而另外的區(qū)域則把紫外線擋住。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在被紫外線照射到的區(qū)域，甲基丙烯酸甲酯就變成了聚甲基丙烯酸甲酯固體；而在沒(méi)有被紫外線照射的區(qū)域，甲基丙烯酸甲酯并沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)，我們就可以用特定的溶劑去清洗。有些溶劑能夠?qū)⒓谆┧峒柞ト芙獾簦瑓s帶不走聚甲基丙烯酸甲酯，這樣一來(lái)我們的目的就達(dá)到了。

　　通過(guò)上面這兩個(gè)例子我們可以看到，光照與二苯酮的配合讓我們成為了“神槍手”，真正做到了“精準(zhǔn)打擊”。在實(shí)際應(yīng)用中，我們不需要在每次使用前才把二苯酮或者類似的化合物添加到甲基丙烯酸甲酯中去，而是可以事先把它們按照一定比例混合好。這樣的材料本身是液體，但是在紫外線或者可見(jiàn)光照射下很快就變成了堅(jiān)硬的固體，因此它們有一個(gè)特殊的名字——感光性樹(shù)脂。

　　3D打印技術(shù)的先驅(qū)之一，美國(guó)人Charles Hull本來(lái)是一位開(kāi)發(fā)感光性樹(shù)脂的研究人員，在研究的過(guò)程中他突然意識(shí)到，用這種材料來(lái)做3D打印的“墨水”真是再合適不過(guò)了。那么他是如何利用感光性樹(shù)脂來(lái)實(shí)現(xiàn)3D打印的？

我們首先準(zhǔn)備一個(gè)大容器作為儲(chǔ)存感光性樹(shù)脂液體的原料池，這個(gè)原料池的中央有一個(gè)可以升降的平臺(tái)與池底相連。接下來(lái)我們?cè)诔刂泄酀M感光性樹(shù)脂，讓平臺(tái)逐漸升高，直至接近液體與空氣的界面。平臺(tái)與液面之間的距離取決于加工樣品時(shí)每一層的厚度，例如如果要把樣品分成厚度為200微米的若干層，那么平臺(tái)與液面之間就保持200微米的距離。

　　隨后我們讓一束紫外線從液面上方照射下來(lái)。由于平臺(tái)的阻擋，光線無(wú)法穿透全部的液體，因此只有在距離液面200微米的這個(gè)區(qū)域內(nèi)的感光性樹(shù)脂才會(huì)發(fā)生反應(yīng)而變成固體。如果我們?cè)俑鶕?jù)樣品底面的形狀讓紫外線掃描指定的區(qū)域，那么樣品最底部的這一層感光性樹(shù)脂就固化了。接下來(lái)我們讓平臺(tái)下降，周圍的液體補(bǔ)充過(guò)來(lái)，使剛剛加工好的這一層樣品的上表面與液面之間的距離依然保持200微米，再讓紫外線掃描特定的區(qū)域，就可以加工好樣品的第二層。隨著平臺(tái)的不斷下降和紫外線光束的不停掃描，整個(gè)樣品就加工好了。

　　這種利用感光性樹(shù)脂的3D打印技術(shù)被稱為立體平板印刷（stereolithography）。作為最早投入商業(yè)化的3D打印技術(shù)，它很好地滿足了3D打印的基本要求，讓許多人如愿以償?shù)丶庸€(gè)性化的物品。但這種技術(shù)也存在不小的缺陷。最大的問(wèn)題在于，由于打印時(shí)平臺(tái)要自上而下地移動(dòng)，加工的物體的高度自然受到原料池中液體深度的限制。例如我們想要加工一個(gè)橫截面1平方厘米、高度為20厘米的圓柱體，只需要20立方厘米的原料；但不論原料池橫截面比產(chǎn)品橫截面大多少，液面高度至少還是要20厘米，這就不可避免地造成了原料的浪費(fèi)。如何解決這個(gè)問(wèn)題？

　　一些研究人員想出了一個(gè)巧妙的改進(jìn)方案。他們將原料池的底部換成透明材料，使得紫外線可以順利通過(guò)，而用于支撐樣品的平臺(tái)也不再是連接在樣品池的底部，而是懸掛在池子的正上方。加工開(kāi)始時(shí)，平臺(tái)先降低到接近容器底部。紫外線從下方照射指定區(qū)域，處在平臺(tái)和容器之間的這部分感光性樹(shù)脂發(fā)生反應(yīng)，形成了要加工物體的第一層。然后平臺(tái)向上移動(dòng)，讓感光性樹(shù)脂液體充滿樣品第一層與容器底面之間的空隙，隨后紫外燈再次照射，將第二層加工完成。隨著平臺(tái)不斷向上移動(dòng)，物體也就一層層被不斷加工出來(lái)了。

　　不難看出，這種新的方法將產(chǎn)品移動(dòng)的方向完全顛倒，加工物體的最大高度自然不再受到原料池高度的限制，只要加進(jìn)原料池中的樹(shù)脂總量足夠就可以了。除此之外，研究人員還改進(jìn)了紫外線的照射方式，不再讓紫外線光束一點(diǎn)一點(diǎn)地掃描需要加工的區(qū)域，而是像放幻燈片一樣，直接把要打印的某一層的圖案透過(guò)原料池底部照射到樹(shù)脂上。這樣一來(lái)，紫外線只要照射一次就可以將處在同一層上的結(jié)構(gòu)全部加工出來(lái)，大大提升了加工速度。

　　這種構(gòu)思看上去很不錯(cuò)，但如果你真照著做，會(huì)發(fā)現(xiàn)在完成樣品第一層的加工后就“死機(jī)”了——第一層感光性樹(shù)脂變成固體后和容器底粘在了一起，平臺(tái)沒(méi)法繼續(xù)向上移動(dòng)。一個(gè)解決辦法是對(duì)容器底部做適當(dāng)?shù)奶幚恚沟盟谋砻娌惶菀缀凸袒母泄庑詷?shù)脂粘在一起；當(dāng)樣品第一層加工完成后，只要稍稍給平臺(tái)施加一個(gè)向上的力就可以讓樣品和容器底部脫離開(kāi)，液體原料重新填滿樣品和容器底部的空間后，就可以繼續(xù)加工樣品的下一層了。

　　即便如此，這種自下而上的3D打印技術(shù)使用起來(lái)仍然很麻煩。因?yàn)槊考庸ね陿悠返囊粚樱?D打印機(jī)都需要花費(fèi)一定的時(shí)間讓樣品與容器底面脫離接觸，總的加工速度自然不可能太快。而且即便樣品與容器底部之間只需要不太強(qiáng)的外力就可以脫離接觸，這個(gè)過(guò)程仍然可能造成樣品表面損傷，從而影響產(chǎn)品最終的質(zhì)量。

　　不過(guò)就在不久之前，一些研究人員已經(jīng)成功找到了更好的解決辦法，而幫助他們克服這一難題的竟然是感光性樹(shù)脂的“宿敵”。