新納米級3D打印技術，可提高製造速度上近千倍_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2019-10-08 15:13
編譯／德克斯特 責編／張夢
美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）和香港中文大學的研究人員開發了一種新的納米級3D打印技術——飛秒投影雙光子光刻（FP-TPL），可在不犧牲分辨率的情況下，將微觀結構的製造速度加快上千倍。
反光表面上，具有亞微米特徵的毫米級結構支撐了一枚美元硬幣。
據美國物理學網站報道，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）和香港中文大學的研究人員開發了一種新的納米級3D打印技術——飛秒投影雙光子光刻（FP-TPL）。該技術可在不犧牲分辨率的情況下，將微觀結構的製造速度加快上千倍。
FP-TPL可以產生175納米的深度分辨率，並能打印出此前無法制造的90度懸空結構。新技術有望用於生物載體、柔性電子和光學超材料等領域產品的規模化生產。相關論文發表在《科學》雜誌上。
現有的納米級添加製造技術一般使用單點高強度光（直徑為700~800納米）。它將聚合物材料由液體轉化為固體。由於必須掃描整個製造的結構，現有的TPL技術需要花費數小時才能生產出複雜的三維結構。這限制了它在實際應用中的擴展性。
在三維空間中，由多個投影疊加而成的堆疊的三維結構。
論文作者、研究人員Sourabh Saha説：“我們不使用單一光點，而是同時投射上百萬個光點。因此，我們能夠使用整個投影平面來模式化製造任意結構。”
為了創造出百萬光點，研究人員使用了一種類似投影儀的數碼掩模來創建圖像和視頻。這樣，掩模控制飛秒激光在前驅體溶液聚合物材料中創建出了需要的光模式。接着，高強度光引發聚合反應，將液體變成固體。通過層疊操作，研究人員只需要幾分鐘就能製造出複雜的三維結構。LLNL研究人員Chris Spadaccini説：“並行雙光子系統是納米級打印技術的突破性成果。它將使材料在納米尺度下的卓越性能變為可用組件。”
與表面粒子噴塗3D打印技術不同，新技術可以深入至液態前體，突破錶面製造的侷限性。例如，該技術可以製造出懸浮的三維結構。研究人員在100微米×100微米的基底上打印了一座一毫米長的懸浮橋結構。此外，研究人員還通過打印長方體和螺旋體等多種結構，演示了技術的適應性。
通過拼接多重2D投影，打印出來的懸垂3D結構。
雖然研究人員在實驗中使用的是傳統聚合物前體，但Saha認為，這項技術也可能適用於金屬和陶瓷。他表示：“這一技術的真正潛力是用於小型設備的工業規模生產。我們需要證明我們能夠用其他打印材料來擴展材料面板。此外，我們已經在速度和分辨率上取得了不錯的權衡效果。接下來的問題是結構特徵的預測性，以及結構質量的把控性。我們還需要進行更多的研究來推動這個過程。”
期刊來源：《科學》
期刊編號：0036-8075
原文鏈接：
https://phys.org/news/2019-10-d-technique-nanoscale-fabrication-fold.html
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