《Science》揭示香港中文大学与LLNL 实验室高速纳米3D打印技术,速度快1000倍


发布时间:2019-10-10 浏览量 50 views
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香港中文大学和美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)等科研机构的研究人员开发了一种新的纳米级3D打印技术-飞秒投影双光子光刻(FP-TPL),该技术能够在不牺牲分辨率的情况下实现微小结构的高速制造,与已有的双光子光刻(TPL)技术相比,新技术的打印速度快一千倍。
2019年10月4日的Science 杂志,刊登了研究团队的论文”Scalable submicrometer additive manufacturing”。

 
 

FP-TPL 技术3D打印的微柱结构


微型零部件规模化生产

研究团队多年来一直致力于提升双光子光刻纳米级3D打印技术的打印速度,高速3D打印技术FP-TPL的成功开发,来自于一种不同的聚焦光的方法,即利用时域特性生产出具有高分辨率且具有微小特征的超薄光片。

飞秒激光的使用使研究小组能够保持足够的光强度,以触发双光子过程聚合,同时保持较小的点尺寸。在FP-TPL技术中,飞秒脉冲经过光学系统时会被拉伸和压缩,以实现时间聚焦。该过程可以生成比衍射限制的聚焦光斑更小的3D特征。
 


 
FP-TPL 技术3D打印的环状结构


现有的纳米级3D打印技术使用直径通常在700到800纳米左右的单点高强度光,将光敏聚合物材料从液体转换为固体,在这一技术中,光点需要扫描整个要制造的结构,因此打印速度受到了限制,也限制了这类技术在大规模生产中的应用。

在新纳米3D打印技术FP-TPL 的研究中,研究人员没有同时使用多个单光点,而是投影了100万个点,3D构建过程是通过整个投影光平面实现的,而不是通过扫描的单个点来创建的。也就是说,在打印过程中FP-TPL 技术不是通过聚焦一个点进行打印对象构建的,而是拥有一个可以被图案化为任意结构的整个聚焦平面来实现的。

研究人员使用类似于投影仪中使用的数字掩模来创建图像,从而投影出100万个点。每一个打印层都是由35飞秒的强光束形成的,在投影仪和掩模控制下逐层进行打印。在这种情况下,数字掩模控制飞秒激光在前驱体液态聚合物材料中产生所需的光图案,高强度光会引起材料的聚合反应,将液体变成固体从而形成3D结构。

FP-TPL技术能够在8分钟内打印出过去需要花费数小时才能够完成打印的结构。尽管速度得到了显著提升,但FP-TPL 技术在实现高速3D打印与保证分辨率之间做了更好的平衡。以往的3D打印技术在打印速度高的情况下,分辨率会受到影响,FP-TPL 3D打印技术的特点是,打印速度得到了显著提升,同时能够实现的深度分辨率达175纳米,优于现有技术,并且能够实现现有技术难以实现的90度悬垂的结构。

 

 
FP-TPL 技术3D打印的悬垂结构

 

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        文章来源: 材料与测试,于 2019-10-10,由 找我测 编辑发表 。

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