纳米虫群3D打印技术

目前许多3D打印（例如SLA，FDM，SLS）的核心原理在经历多年后仍然没有发生变化。而这种完全不同的3D打印技术有潜力解决目前技术存在的多种问题，使科幻作品中的构想成为现实。

设备

使用这种技术的打印设备结构实际上较为简单，核心仅由以下部分组成：

液池

设备主体由一个立方体池构成，其尺寸同时也决定了打印尺寸，其中包含一种特殊的介质液体，其具有以下性质：

• 相当高的绝热性能。这使得被其包覆的其他高温形态的材料不会在短时间内冷却
• 与大部分材料的不相容性。这使得目标材料能够独立存在与这样的介质液体中，不被溶解
• 与大部分材料呈现较大的表面张力，能使得材料呈现较稳定的液体状态（特别是在微米级别）
• 具有较高的电导率，可以为在其中运行的设备提供电力
• 具有较小的粘度，减小其中运行设备的阻碍

熔炉

用于将3D打印耗材加热至熔融状态。用于塑料的熔炉可能相当小巧，尺寸和标准易拉罐接近。而用于金属的熔炉则结构较为庞大。这些熔炉都可以根据需要增减。

纳米虫储存器

一个连通液池的封闭区域，用于储存纳米虫。

纳米虫

核心的运行单位是“纳米虫”，这种单位的起名借鉴了一些科幻作品，但实际上只需微米级别即可，其具有这些特性：

• 尺寸为1微米左右
• 具有一个能执行简单命令的计算机系统，其包括储存自己的编号，对无线信号进行响应，惯性导航定位等能力和抓取，移动和放下等基本行为
• 其移动系统可以是微型螺旋桨或是在微米尺度中更有效率的机械装置。其不含电池（但可以包含小型电容），主要由表面裸露的金属接口，连通介质液体和电源提供电能
• 整体设计为可以通过定制光刻一次成型，通过自动化设备可以大批量制造
• 其“爪子”是一个可以引导液态材料的装置，其可以精准抓取和纳米虫自身体积相当（1µm^3）的材料液滴
• 具备于其他纳米虫的相对定位功能，以大幅提高精度

切片

其3D打印切片过程将和现有过程完全不同，或许叫做“解析”更加合适。为此，需要重新编写软件，其有这些性质：

• 任何形状都无需支撑或开孔
• 具有真彩色打印功能
• 同时支持多种耗材，甚至包括两种不同大类的材料，例如塑料和金属
• 具有各向同性，任何方向都不会有性能损失

在“切片”时，其并不是分层计算，而是按照自然延伸的方向（例如人物模型手臂到手指的方向）来计算哪些位置需要依次放置新的材料，并将其组合成对不同纳米虫的命令。基础命令可能是这样的形式：移动到（x, y, z），抓取，移动到（x, y, z）,放下……

打印

其在打印时按照以下流程进行：

1. 一个或多个熔炉将输入的所有3D打印耗材分别融化为液态并暂时储存

2. 一个机械臂伸出在液体池中部，形成其原点并提供支撑

3. 通过广播所有纳米虫群，使得他们启动并预备开始工作

4. 熔融状材料通过通过高温管，直接流动到与液体池相接的几个材料出口处

5. 纳米虫开始活动，从储存区域移动至出口，并通过路途中的特定定位点校准惯性导航

6. 纳米虫开始执行指令，根据需求的材料类型，将对应材料口的材料搬运到指定位置，与机械臂或其他已成型的材料相连

7. 由于机械臂或其他已成型材料的导热能力远超介质液体，其会很快通过机械臂将热量转移到外部并使得材料固化

8. 在工作过程中，纳米虫会根据需求校准惯性导航。而在打印过程中，有一些纳米虫在定位后立刻将自己固定在材料的目标区域并成为锚点，其他纳米虫可以以其为基准，减小惯性导航偏差

9. 在打印完成后，所有纳米虫回到储存区域，机械臂将打印完成的物体抓出并放置在机器外，立刻准备下一次打印

特色

• 接受相当多的可融化或熔融材料，包括塑料，金属，玻璃等，极大拓展了材料选择。并且适配现有的3D打印耗材丝，以及标准铁丝等进行材料输入
• 如果不直接混合材料，可以通过Dithering技术，通过拼接不同颜色（例如CMYK耗材）来实现真彩色打印（微米级别的像素应该已经超过了人识别彩色的阈值），也可以通过使纳米虫协作，来混合不同颜色液滴实现根本上的全彩。具体采用什么方式可以根据实现难度，需求和效果来进行判断。可以明显看出，由于其工作原理，这种彩色打印技术不会有任何传统技术引起的换料，擦料浪费
• 连续打印技术，无需任何额外操作
• 配有副机械臂和高级图像识别工作AI，用于解决经常出现的更换耗材，耗材丝缠绕等问题。并可配备主机械臂调整打印中物体的方向，以在某些情况下提升打印质量
• 由于寿命限制，机械故障，甚至是控制失效会导致某些纳米虫被封在打印件中，所以需要定期补充一些。配合过滤装置可以可以自动净化介质液体，但因为蒸发，污染等原因也需要在某些时候补充
• 具有微米级精度，可以媲美注塑和CNC打印件。但这可能导致速度较慢，一些高级控制手段，例如数个纳米虫配合以直接控制并移动更大尺寸的液滴，有潜力达成可变分辨率，在填充中使用以加快速度