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

　　例如，有機玻璃就是一種常見的塑料，它質輕且透光性好，經常被用來代替玻璃。有機玻璃的“學名”叫聚甲基丙烯酸甲酯，顧名思義，它是由無數甲基丙烯酸甲酯分子互相互反應得到的。

　　不過就像烈性炸藥需要雷管引發才會劇烈爆炸一樣，大部分情況下，這些小分子也需要一定的條件才會拉起手來。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。

　　二苯酮這種物質平時很穩定，可是一旦遇到紫外線照射就一分為二，變成兩個結構相同的碎片。甲基丙烯酸甲酯的分子本來都在熟睡，這些碎片產生后立刻會把它們叫醒。每個醒來的甲基丙烯酸甲酯分子馬上又可以叫醒下一個分子，并和它牽起手來；第二個分子又去叫醒第三個分子，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個連接起來，變成了聚甲基丙烯酸甲酯。

　　實際上，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變成聚甲基丙烯酸甲酯，但是很多時候人們更喜歡使用光照的方法。這是為什么呢？我們不妨來看這樣一個例子：如果我們需要在某個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，再把這個物體加熱一段時間，一層均勻的塑料薄膜就得到了。但如果這個物體本身不太耐熱，這種方法很可能會造成不必要的損壞；如果改用光照去引發化學反應，問題就迎刃而解了。牙醫在補牙時就是先將小分子的液體填充到需要修補的區域，再用紫外線輕輕一照，小分子就發生反應變成了堅硬的塑料。想一想，要是牙醫將一根熱得發紅的電熱棒伸進患者的口腔，恐怕沒有誰能夠忍受吧。

　　另外一個例子更好地說明了光照具有的無可比擬的優勢。如果我們打算讓一個物體表面的某些區域覆蓋上聚甲基丙烯酸甲酯，另外一些區域保持原樣，當然只需要將甲基丙烯酸甲酯涂到特定的區域。但如果這些區域的寬度只有幾百微米，這個方法就不靈了。這時我們可以先用添加了二苯酮的甲基丙烯酸甲酯涂滿整個區域，再用紫外燈透過一個模板去照射。這個模板有些區域能夠讓紫外線通過，而另外的區域則把紫外線擋住。經過一段時間后，在被紫外線照射到的區域，甲基丙烯酸甲酯就變成了聚甲基丙烯酸甲酯固體；而在沒有被紫外線照射的區域，甲基丙烯酸甲酯并沒有發生反應，我們就可以用特定的溶劑去清洗。有些溶劑能夠將甲基丙烯酸甲酯溶解掉，卻帶不走聚甲基丙烯酸甲酯，這樣一來我們的目的就達到了。

　　通過上面這兩個例子我們可以看到，光照與二苯酮的配合讓我們成為了“神槍手”，真正做到了“精準打擊”。在實際應用中，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光照射下很快就變成了堅硬的固體，因此它們有一個特殊的名字——感光性樹脂。

　　3D打印技術的先驅之一，美國人Charles Hull本來是一位開發感光性樹脂的研究人員，在研究的過程中他突然意識到，用這種材料來做3D打印的“墨水”真是再合適不過了。那么他是如何利用感光性樹脂來實現3D打印的？

我們首先準備一個大容器作為儲存感光性樹脂液體的原料池，這個原料池的中央有一個可以升降的平臺與池底相連。接下來我們在池中灌滿感光性樹脂，讓平臺逐漸升高，直至接近液體與空氣的界面。平臺與液面之間的距離取決于加工樣品時每一層的厚度，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。由于平臺的阻擋，光線無法穿透全部的液體，因此只有在距離液面200微米的這個區域內的感光性樹脂才會發生反應而變成固體。如果我們再根據樣品底面的形狀讓紫外線掃描指定的區域，那么樣品最底部的這一層感光性樹脂就固化了。接下來我們讓平臺下降，周圍的液體補充過來，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域，就可以加工好樣品的第二層。隨著平臺的不斷下降和紫外線光束的不停掃描，整個樣品就加工好了。

　　這種利用感光性樹脂的3D打印技術被稱為立體平板印刷（stereolithography）。作為最早投入商業化的3D打印技術，它很好地滿足了3D打印的基本要求，讓許多人如愿以償地加工個性化的物品。但這種技術也存在不小的缺陷。最大的問題在于，由于打印時平臺要自上而下地移動，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。如何解決這個問題？

　　一些研究人員想出了一個巧妙的改進方案。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，而用于支撐樣品的平臺也不再是連接在樣品池的底部，而是懸掛在池子的正上方。加工開始時，平臺先降低到接近容器底部。紫外線從下方照射指定區域，處在平臺和容器之間的這部分感光性樹脂發生反應，形成了要加工物體的第一層。然后平臺向上移動，讓感光性樹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。隨著平臺不斷向上移動，物體也就一層層被不斷加工出來了。

　　不難看出，這種新的方法將產品移動的方向完全顛倒，加工物體的最大高度自然不再受到原料池高度的限制，只要加進原料池中的樹脂總量足夠就可以了。除此之外，研究人員還改進了紫外線的照射方式，不再讓紫外線光束一點一點地掃描需要加工的區域，而是像放幻燈片一樣，直接把要打印的某一層的圖案透過原料池底部照射到樹脂上。這樣一來，紫外線只要照射一次就可以將處在同一層上的結構全部加工出來，大大提升了加工速度。

　　這種構思看上去很不錯，但如果你真照著做，會發現在完成樣品第一層的加工后就“死機”了——第一層感光性樹脂變成固體后和容器底粘在了一起，平臺沒法繼續向上移動。一個解決辦法是對容器底部做適當的處理，使得它的表面不太容易和固化的感光性樹脂粘在一起；當樣品第一層加工完成后，只要稍稍給平臺施加一個向上的力就可以讓樣品和容器底部脫離開，液體原料重新填滿樣品和容器底部的空間后，就可以繼續加工樣品的下一層了。

　　即便如此，這種自下而上的3D打印技術使用起來仍然很麻煩。因為每加工完樣品的一層，3D打印機都需要花費一定的時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的外力就可以脫離接觸，這個過程仍然可能造成樣品表面損傷，從而影響產品最終的質量。

　　不過就在不久之前，一些研究人員已經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脂的“宿敵”。