在这项研究中，研究团队使用连续数字光处理3D打印技术，使用紫外线光束在光敏树脂溶液中雕刻，形成3D结构。除了印刷方法的创新，研究团队还对印刷所需的墨水进行了大胆的创新。研究结果表明，连续数字光处理3D打印技术在个性化珠宝饰品和装饰、艺术创作等领域具有广阔的应用前景。
光学半导体
色彩斑斓的蝴蝶翅膀，鲜艳的孔雀羽毛，带着金属光泽的昆虫甲壳...点缀这些大自然奇妙杰作的不是普通的颜料，而是光和光子晶体结构的散射、干涉和衍射形成的结构色。
光子晶体是由不同折射率介质周期性排列形成的光学超材料，也称为光学半导体。通过设计和制造光子晶体材料及相关器件来控制光子运动，并在此基础上进一步实现光子晶体材料的各种应用，是人们长久以来的梦想。
近日，中科院化学所绿色打印研究所重点实验室宋彦林研究员和利奥副研究员组成的研究团队，利用连续数字光处理(DLP)3D打印技术，实现了具有明亮结构色的三维光子晶体结构的制备，为创新结构色的制备方法和拓展3D打印的应用开辟了新的途径。
光子晶体，创新方法
光子晶体作为未来光子产业发展的基础材料，由于其独特的三维光控能力，在集成光学元件、光子晶体光纤和高密度光数据存储等领域具有广阔的应用前景。近年来3D打印技术的成熟发展也使其成为制备光子晶体的最佳方法之一。
宋彦林告诉记者，虽然近年来出现了一些3D打印技术应用于制备各种图案化光子晶体的案例，但由于树脂在墨水中的固化速度和纳米粒子的组装速度不同，普通3D打印技术存在结构色彩效果差、打印精度低、难以实现复杂三维结构等问题。上述方法制备的多种图案化光子晶体存在表面形貌粗糙、保真度差的缺陷，难以在光学器件中得到广泛应用。
为了实现高精度、高保真度的光子晶体结构的3D打印，有必要开发新的方法。在这项研究中，研究团队使用了连续数字光处理3D打印技术。与常见的原料挤压、逐层堆叠的3D打印技术不同，连续数字光加工3D打印技术是基于光敏树脂材料在紫外线照射下会快速固化的特性，利用紫外线光束在光敏树脂溶液中雕刻出3D结构。
主要打印步骤
研究团队采用的连续数字光处理3D打印方法的主要打印步骤如下:首先，将墨水滴在透明基底上，慢慢降低墨水上方的成型平面，使其与墨水接触；接下来，印刷的图案被基底下方的光束照射到油墨上；之后，紫外线照射的墨水会凝固成预先设计好的形状。墨滴被“雕刻”成3D光子晶体结构，整个过程似乎都是从基底“生长”出来的。
两个方面，重要改进
宋彦林表示，研究团队采用的连续数字光处理3D打印技术在两个方面做出了重要改进。
在打印方式上，市面上的光固化连续数字光加工3D打印技术多为逐层打印，打印速度较慢。研究团队研发的低附着力光固化接口，使液滴与基板的附着力极低，打印过程中没有“马虎”，可实现快速连续打印成型，大大提高打印速度。
在成型方式上，市面上的光固化连续数字光加工3D打印技术通常使用液体罐来盛装大量的液体树脂。液体罐用于盛放大量的液体树脂，导致在连续打印过程中，因照射而导致不应固化的区域固化，不仅造成大量的原材料浪费，而且降低了连续打印过程中的稳定性和分辨率。研究小组放弃了液体罐，而是使用单个墨滴作为成型单元。通过控制固化过程中气、固、液的接触线，显著减少了固化结构表面的液态树脂残留。同时，以单个墨滴为成型单元也降低了界面附着力，增加了液体内部树脂的流动，显著提高了3D打印的精度和稳定性。
克服困难，逐一解决墨水问题。