In un rapporto recentemente pubblicato su Comunicazioni sulla natura , un gruppo di ricerca guidato dal Professore Associato Joel Yang della Singapore University of Technology and Design (SUTD) ha stampato probabilmente il più piccolo modello 3D colorato della Torre Eiffel. Impressionante, non sono stati utilizzati pigmenti o inchiostri. Anziché, il modello della Torre Eiffel stampato in 3D, misurando meno della metà della larghezza di un capello umano a 39 micrometri, esibisce molteplici colori a causa del modo in cui la luce interagisce con le nanostrutture che reggono il modello. I modelli 3D sono realizzati con una rete finemente stampata di polimero trasparente, formazione di cristalli fotonici. Questi disegni per lo più vuoti si riducono notevolmente di circa 5 volte quando riscaldati per produrre un'ampia gamma di colori.

Il professor Yang ha dichiarato:"C'è una grande eccitazione nella comunità di ricerca per sviluppare ulteriormente fonti sostenibili di colori che non vengono estratti da animali o piante. E se i prodotti che realizziamo potessero derivare il suo colore dalla nanostrutturazione del materiale che stesso è fatto? Certe farfalle e coleotteri si sono evoluti per farlo, forse potremmo imparare a fare anche questo." Rispetto ai pigmenti e ai coloranti che si basano sulla composizione chimica, i colori strutturali sono ad alta risoluzione, permanente, ed ecologico.

In natura, la colorazione di alcune farfalle, punteruoli di Pachyrhynchus, e molti camaleonti sono notevoli esempi di organismi naturali che impiegano cristalli fotonici per produrre modelli colorati. Le strutture dei cristalli fotonici riflettono colori vividi con tonalità dipendenti dalle loro costanti reticolari. Per riflettere i colori vividi, le costanti reticolari di un cristallo fotonico devono essere sufficientemente piccole. Per esempio, la costante reticolare è solo ~280 nm sulle ali delle farfalle che danno una tonalità di colore blu. A causa della limitazione dell'attuale risoluzione di stampa 3D, è una sfida stampare colori e forme arbitrari in tutte e tre le dimensioni a questa scala di lunghezza microscopica.

Per ottenere la dimensione richiesta delle costanti reticolari paragonabili alle scale a farfalla, i ricercatori del gruppo del professor Yang hanno impiegato un metodo di "colorazione per restringimento" che introduce una fase di riscaldamento additivo per ridurre i cristalli fotonici stampati utilizzando un sistema di litografia a polimerizzazione a due fotoni commerciale, ovvero Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT. Il professor Yang ha aggiunto:"La sfida consiste nel restringere le strutture a queste dimensioni nanoscopiche senza che si uniscano in un blob. Modellando strutture più grandi, e rimpicciolirli in seguito, abbiamo prodotto strutture che non avrebbero potuto essere stampate direttamente con metodi standard". le linee ripetute delle strutture della catasta di legna sono state ridotte a 280 nm, quasi 2 volte più piccolo delle specifiche della macchina. Come effetto collaterale bonus del restringimento, l'indice di rifrazione del polimero reticolato è aumentato nel processo di riscaldamento, che avvantaggia ulteriormente la generazione dei colori.

La Torre Eiffel a colori ha dimostrato la capacità di stampare oggetti a colori 3D arbitrari e complessi a livello di microscala utilizzando il metodo "colorazione per restringimento". Con la libertà di progettare cristalli fotonici 3D ridotti per adattarsi a colori specifici, questa tecnologia sarebbe ampiamente applicabile per ottenere componenti ottici compatti e circuiti fotonici 3D integrati operanti nella regione del visibile.