3Dプリンティングは、組立ライン以来、製造業に起こった最も驚くべき出来事として喧伝されてきました。その構想は、いつかすべての家庭がミニ工場となり、オンラインでCADテンプレートをダウンロードして、眼鏡、コーヒーカップ、靴など、家庭で必要なものを何でも印刷できるようになるというものです。問題は、現状のほとんどの3Dプリンターが印刷できるのは、プラスチック製のおもちゃ程度、あとは銃やピザ、人体の一部くらいしかないことです。
「3Dプリンティングの世界では、複数の素材を一度にプリントするという試みが盛んです」と、機械エンジニアのマイケル・マカルパインは語る。「彼らが実際に意味しているのは、通常、2種類の異なる色のプラスチックでプリントすることです。」
しかし、マカルパイン氏とプリンストン大学の同僚たちは、ツートンカラーのアクションフィギュアをはるかに超える成果を上げた。彼らは5種類の異なる素材を巧みに組み合わせ、初めて完全な3Dプリント製LEDライトを開発した。以前、他のチームがこの栄誉を主張していたが、マカルパイン氏によると、それらは本物ではなかったという。「彼らはブレッドボードに電子部品を印刷し、そこに通常のLEDを差し込んでいるのです。」
より具体的には、プリンストン大学のチームが開発したLED（発光ダイオード）は量子ドットLEDと呼ばれています。テレビや携帯電話の画面に内蔵されているLEDとよく似ていますが、QD LEDはよりエネルギー効率が高い可能性があるという期待があります。
LEDをゼロから作るために、研究者たちは特注の3Dプリンターを製作する必要がありました。プリンターの組み立てには約6ヶ月と1万ドルから2万ドルの費用がかかりました。
印刷されたLEDは5層構造です。下層には銀ナノ粒子でできた金属リングがあり、電気回路への金属接点として機能します。その上には2つのポリマー層（どちらも非常に長い化学名を持っています）があり、これらが連携して電流を次の層に供給し、送り返します。この層には量子ドットが含まれています。量子ドットは、硫化亜鉛の殻に包まれたセレン化カドミウムナノ粒子でできています。電子がこれらの量子ドットに衝突すると、オレンジ色または緑色の光を発します。光は共晶ガリウムインジウムでできた陰極層で覆われており、電子はここを通ってLEDから流れ出ます。
金属とポリマーの組み合わせに加え、親水性（水を好む性質）と疎水性（水をはじく性質）の材料、液体と固体の材料など、様々な材料が組み合わされています。マカルパイン氏によると、これは3Dプリントによって一つの物体に複数の異なる材料クラスが組み合わされた例としては最大数だそうです。
印刷されたLEDは、iPhoneの画面に使われている種類のLEDと同等の性能を発揮しましたが、市販されている非常に高性能なLEDには遠く及びませんでした。しかし、量子ドットの厚さと均一性を制御し、様々なインク配合を実験することで、印刷されたLEDの性能はさらに向上する可能性があります。将来、3Dプリンターの価格が下がれば、このような技術を自作のテレビやiPhoneに組み込むことができるようになるかもしれません。
しかし、マカルパイン氏はもっと刺激的な可能性を思い描いている。「従来のマイクロエレクトロニクス業界は、2Dの電子機器を作るのが得意です」と彼は言う。「テレビや携帯電話の画面は平面です。しかし、3Dプリンティングが実現するのは3次元です。これは、人々がまだ想像もしていないようなもの、例えば体内に使える3D構造物などに活用できる可能性があります。」
マカルパイン氏のチーム（ちなみに昨年は3Dプリントの人工耳を製作した）は次に、トランジスタのプリントに挑戦したいと考えている。そうすれば、3Dプリントした機器に、コンピュータチップに見られるような機能を持たせることができるようになる。
