剑桥大学领导的一个研究小组开发出一种新技术，利用高能激光微调三维打印金属的特性，同时不影响其形成的复杂形状。事实证明，增材制造或三维打印技术是一种日益强大的工程和制造工具，但它远非万能。事实上，它往往存在一些重大缺陷，需要新的方法来克服。

三维打印金属通常是用一台机器以细粉的形式铺设薄层金属合金。然后在数字模型的引导下，使用激光或电子束熔化或烧结这层金属，然后再添加一层。打印完成后，多余的粉末被扫除，露出最终产品。

通过这种打印技术，可以快速形成非常复杂的形状。问题是，用金属制作的东西不仅仅是形状。金属的物理、化学和机械特性之间也存在复杂的相互作用。如果控制不当，最终产品就可能是废品。

一个非常简单的例子就是 3D 打印刀。我们有可能制造出一种非常奇特的刀片，展现出通常用传统方法几乎不可能实现的曲线和细节，但如果不考虑金属本身的特性，这种刀片可能会像花生脆一样折断，或者软得像黄油一样，无法更好地保持刃口。

在制造复杂形状时，这是一个显而易见的挑战。不过，金属工人经过数千年的实践，并在过去几个世纪中借助一些新兴科学的帮助，已经开发出了屡试不爽的控制金属特性的技术。

从本质上讲，这涉及到通过不同的加热和击打方法来改变金属的晶体结构。通过控制加热、冷却和锻造，可以对金属的结构进行微调，直到适合手术刀和工字钢等各种材料。

这对于形状简单的金属物体来说还不错，但我们不能把复杂的3D打印形状塞进熔炉或用锤子敲打，这样就失去了使用3D打印技术制造金属的初衷。相反，剑桥团队（包括来自新加坡、瑞士、芬兰和澳大利亚的研究人员）选择使用激光在原位改变金属。

他们的想法是，激光会选择性地熔化不锈钢制成的物体上的斑点，从而改变其晶体结构。通过这种方式，他们可以使打印金属变得坚固，同时消除这种打印金属容易表现出的脆性。微小尺度的选择性再加热将激光变成了微型锤子。

这种技术无法复制传统的金属加工工艺，因此研究小组转而采用一种古老的技术来实现类似的效果。制作高质量剑刃的一种方法是使用两种不同的金属，如钢和铁，然后将它们多次焊接和折叠在一起。这样制作出的剑刃层次分明，两种金属相互映衬，使铸剑师不仅能控制整个剑刃的特性，还能控制特定部分的特性，因此剑刃的中心部分富有弹性，而边缘部分则足够坚硬，可以磨得很锋利。

剑桥大学的研究小组也想出了类似的办法，他们交替使用激光处理过的点和未处理过的点。这使他们能够在很大程度上控制物体的最终特性。

"我们认为这种方法有助于降低金属三维打印的成本，进而提高金属制造业的可持续发展能力，"团队负责人、剑桥大学工程系的 Matteo Seita 博士说。"在不久的将来，我们还希望能够绕过熔炉中的低温处理，进一步减少在工程应用中使用3D打印部件前所需的步骤数量"。

这项研究发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。