黑科技速看:高速纳米3D打印,速度可快至1000倍

作者:云工厂      选择源:云工厂   时间:2019年10月14日

近日Lawrence Livermore和LLNL等研究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技术(FP-TPL),它能够在不牺牲分辨率的情况下高速制备微小结构,并与现有的双光子光刻(tpl)技术进行了比较。速度快一千倍。

 

微型元件的大规模生产

该研究团队多年来一直致力于提高双光子光刻纳米级3d打印技术的打印速度。FP-TPL高速3D打印技术的成功发展,来自于一种不同的聚焦光的方法,即利用时域特性来制备具有高分辨率和小特性的超薄薄膜。

飞秒激光的使用使研究小组能够保持足够的光强度来触发双光子过程聚集,同时保持较小的点尺寸。在FP-TPL技术中,飞秒脉冲在通过光学系统时会被拉伸和压缩,以实现时间聚焦。这个过程可以产生比衍射限制聚焦点更小的3D特征。

 

现有的纳米级3D打印技术使用直径约700至800纳米的单点高强度光,将感光聚合物材料从液体转化为固体。在这项技术中,光斑需要扫描整个结构才能制造出来,因此印刷速度受到限制,这项技术在大规模生产中的应用也受到限制。在纳米3D打印新技术FP-TPL的研究中,研究人员没有同时使用多个单点,而是预测了100万个点。三维重建的过程是通过整个投影平面来实现的,而不是通过扫描一个点来实现的。也就是说,FP-TPL技术不是通过聚焦于一个点来构建的,而是通过具有一个可以被图案化为任何结构的整个聚焦平面来构建的。

研究人员使用与投影仪相似的数字面具来制作投影100万点的图像。每一打印层由35飞秒强光束组成,在投影仪和掩模的控制下逐层打印。在这种情况下,数字掩模控制飞秒激光在前体液态聚合物材料中产生所需的光学图案。高强度的光可以引起材料的聚合物反应,将液体变成固体,形成三维结构。

FP-TPL技术可以在8分钟内打印出过去需要数小时才能完成的结构。虽然速度有了显著提高,但FP-TPL技术在实现高速3D打印和确保分辨率之间取得了更好的平衡。过去,当打印速度较高时,三维打印技术的分辨率会受到影响。FP-TPL 3D打印技术的特点是打印速度显著提高,深度分辨率达到175纳米,优于现有技术,可以实现现有技术难以实现的90度悬垂结构。

 

与消费者级3D打印技术不同的是,FP-TPL技术渗透到液体前体材料中,可以产生单靠表面处理无法产生的结构,例如宽高比超过特征尺寸1000:1的90度悬垂结构。在FP-TPL 3D打印中,光线可以投射到材料所需的任何深度。

在实验过程中,研究人员在小于100微米×100微米的基础上印制了一个1毫米长的悬挂结构。由于液、固密度基本相同,印刷速度快,悬浮结构在制造过程中没有坍塌。除了悬垂结构外,研究人员还印刷了微柱、长方体、线和螺旋结构,以验证FP-TPL技术。印刷材料是传统的聚合物前驱体,但研究人员认为,这项技术也可以应用于制造由聚合物前驱体制成的金属和陶瓷。

FP-TPL技术的潜在应用是大规模生产微型组件,如智能手机、生物支架、柔性电子器件、电化学接口、微光学元件、机械和光学超材料等生产中的组件,以及其他功能性的微观和纳米结构成分,研究人员说。


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