香港中文大學(xué)和美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）等科研機(jī)構(gòu)的研究人員開發(fā)了一種新的納米級3D打印技術(shù)-飛秒投影雙光子光刻（FP-TPL），該技術(shù)能夠在不犧牲分辨率的情況下實(shí)現(xiàn)微小結(jié)構(gòu)的高速制造，與已有的雙光子光刻（TPL）技術(shù)相比，新技術(shù)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(tuán)隊(duì)的論文”Scalable submicrometer additive manufacturing”。
FP-TPL 技術(shù)3D打印的微柱結(jié)構(gòu)
微型零部件規(guī)?；a(chǎn)
研究團(tuán)隊(duì)多年來一直致力于提升雙光子光刻納米級3D打印技術(shù)的打印速度，高速3D打印技術(shù)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(shí)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(qiáng)度，以觸發(fā)雙光子過程聚合，同時(shí)保持較小的點(diǎn)尺寸。在FP-TPL技術(shù)中，飛秒脈沖經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)時(shí)會(huì)被拉伸和壓縮，以實(shí)現(xiàn)時(shí)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(shù)3D打印的環(huán)狀結(jié)構(gòu)
現(xiàn)有的納米級3D打印技術(shù)使用直徑通常在700到800納米左右的單點(diǎn)高強(qiáng)度光，將光敏聚合物材料從液體轉(zhuǎn)換為固體，在這一技術(shù)中，光點(diǎn)需要掃描整個(gè)要制造的結(jié)構(gòu)，因此打印速度受到了限制，也限制了這類技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。
在新納米3D打印技術(shù)FP-TPL 的研究中，研究人員沒有同時(shí)使用多個(gè)單光點(diǎn)，而是投影了100萬個(gè)點(diǎn)，3D構(gòu)建過程是通過整個(gè)投影光平面實(shí)現(xiàn)的，而不是通過掃描的單個(gè)點(diǎn)來創(chuàng)建的。也就是說，在打印過程中FP-TPL 技術(shù)不是通過聚焦一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行打印對象構(gòu)建的，而是擁有一個(gè)可以被圖案化為任意結(jié)構(gòu)的整個(gè)聚焦平面來實(shí)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(gè)點(diǎn)。每一個(gè)打印層都是由35飛秒的強(qiáng)光束形成的，在投影儀和掩模控制下逐層進(jìn)行打印。在這種情況下，數(shù)字掩?？刂骑w秒激光在前驅(qū)體液態(tài)聚合物材料中產(chǎn)生所需的光圖案，高強(qiáng)度光會(huì)引起材料的聚合反應(yīng)，將液體變成固體從而形成3D結(jié)構(gòu)。
FP-TPL技術(shù)能夠在8分鐘內(nèi)打印出過去需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)才能夠完成打印的結(jié)構(gòu)。盡管速度得到了顯著提升，但FP-TPL 技術(shù)在實(shí)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(shù)在打印速度高的情況下，分辨率會(huì)受到影響，F(xiàn)P-TPL 3D打印技術(shù)的特點(diǎn)是，打印速度得到了顯著提升，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)的深度分辨率達(dá)175納米，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的90度懸垂的結(jié)構(gòu)。
FP-TPL 技術(shù)3D打印的懸垂結(jié)構(gòu)
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