透明3D打印纳米结构的色彩效果

变色龙的颜色变化以及形态蝴蝶的虹彩蓝色和绿色在自然界中的许多其他颜色是结构着色的结果，其中纳米结构在光中引起干涉效应，从宏观角度观察时产生各种颜色。结构着色比用颜料着色(其中吸收特定波长)具有某些优点，但直到最近，技术的限制意味着制造这种纳米结构需要高度专业化的方法。然而，新的“直接激光写入”装置的成本与高质量的工业3D打印机相当，并且允许以数百纳米的规模打印(比人类头发薄一百到一千倍)，打开科学家们尝试结构着色的可能性。

到目前为止，科学家们已经初步尝试了他们在自然界中观察到的纳米结构，或者采用简单，规则的纳米结构设计(例如一排排柱子)。然而，IST奥地利的Thomas Auzinger和Bernd Bickel以及KAUST的Wolfgang Heidrich采用了一种创新的方法，这种方法在几个关键方面有所不同。首先，他们解决逆向设计任务：用户输入他们想要复制的颜色，然后计算机创建一个纳米结构模式，给出该颜色，而不是尝试再现自然界中发现的结构。此外，“我们的设计工具是完全自动化的，”Thomas Auzinger说。“用户不需要额外的努力。”

其次，模板中的纳米结构不遵循特定的图案或具有规则的结构; 它们似乎是随机组合的 - 与以前的方法相比有了根本性的突破，但却有许多优点。“当看到计算机生成的模板时，我无法单独通过结构来判断，如果我看到蓝色或红色或绿色的图案，”Auzinger解释道。“但这意味着计算机正在寻找我们作为人类无法解决的解决方案。这种自由形式的结构非常强大：它可以提供更大的灵活性，并为其他着色效果开辟了可能性。” 例如，他们的设计工具可用于打印从一个角度看起来是红色而从另一个角度看起来是蓝色的正方形(称为定向着色)。

最后，在实际制作时，先前的努力也发生了变化：设计通常无法打印。然而，新的设计工具保证了用户最终会得到一个可打印的模板，这使得它对于工业中结构着色的未来发展非常有用。“设计工具可以用来制作新颜色和其他工具的原型，以及寻找可以在工业上生产的有趣结构，”Auzinger补充道。设计工具的初步测试已经取得了成功的结果。IST奥地利教授Bernd Bickel说：“看到完全由透明材料组成的东西看起来很有颜色，仅仅是因为人眼看不见的结构，这真是令人惊讶，我们渴望尝试其他材料，

“目睹计算工具在制造中日益重要的作用尤其令人兴奋，”Auzinger总结道，“更令人兴奋的是，'计算机图形'的扩展包括物理图像和虚拟图像。”