香港中文大學和美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）等科研機構的研究人員開發(fā)了一種新的納米級3D打印技術-飛秒投影雙光子光刻（FP-TPL），該技術能夠在不犧牲分辨率的情況下實現(xiàn)微小結構的高速制造，與已有的雙光子光刻（TPL）技術相比，新技術的打印速度快一千倍。[1]
2019年10月4日的Science 雜志，刊登了研究團隊的論文”Scalable submicrometer additive manufacturing”。
FP-TPL 技術3D打印的微柱結構
微型零部件規(guī)模化生產(chǎn)
研究團隊多年來一直致力于提升雙光子光刻納米級3D打印技術的打印速度，高速3D打印技術FP-TPL的成功開發(fā)，來自于一種不同的聚焦光的方法，即利用時域特性生產(chǎn)出具有高分辨率且具有微小特征的超薄光片。
飛秒激光的使用使研究小組能夠保持足夠的光強度，以觸發(fā)雙光子過程聚合，同時保持較小的點尺寸。在FP-TPL技術中，飛秒脈沖經(jīng)過光學系統(tǒng)時會被拉伸和壓縮，以實現(xiàn)時間聚焦。該過程可以生成比衍射限制的聚焦光斑更小的3D特征。
FP-TPL 技術3D打印的環(huán)狀結構
現(xiàn)有的納米級3D打印技術使用直徑通常在700到800納米左右的單點高強度光，將光敏聚合物材料從液體轉換為固體，在這一技術中，光點需要掃描整個要制造的結構，因此打印速度受到了限制，也限制了這類技術在大規(guī)模生產(chǎn)中的應用。
在新納米3D打印技術FP-TPL 的研究中，研究人員沒有同時使用多個單光點，而是投影了100萬個點，3D構建過程是通過整個投影光平面實現(xiàn)的，而不是通過掃描的單個點來創(chuàng)建的。也就是說，在打印過程中FP-TPL 技術不是通過聚焦一個點進行打印對象構建的，而是擁有一個可以被圖案化為任意結構的整個聚焦平面來實現(xiàn)的。
研究人員使用類似于投影儀中使用的數(shù)字掩模來創(chuàng)建圖像，從而投影出100萬個點。每一個打印層都是由35飛秒的強光束形成的，在投影儀和掩?？刂葡轮饘舆M行打印。在這種情況下，數(shù)字掩?？刂骑w秒激光在前驅體液態(tài)聚合物材料中產(chǎn)生所需的光圖案，高強度光會引起材料的聚合反應，將液體變成固體從而形成3D結構。
FP-TPL技術能夠在8分鐘內打印出過去需要花費數(shù)小時才能夠完成打印的結構。盡管速度得到了顯著提升，但FP-TPL 技術在實現(xiàn)高速3D打印與保證分辨率之間做了更好的平衡。以往的3D打印技術在打印速度高的情況下，分辨率會受到影響，F(xiàn)P-TPL 3D打印技術的特點是，打印速度得到了顯著提升，同時能夠實現(xiàn)的深度分辨率達175納米，優(yōu)于現(xiàn)有技術，并且能夠實現(xiàn)現(xiàn)有技術難以實現(xiàn)的90度懸垂的結構。
FP-TPL 技術3D打印的懸垂結構
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