新型3D打印成本降低98% 速度提高10000倍

超精密3D打印技術(shù)是制造精密生物醫(yī)學(xué)和光子器件的關(guān)鍵，但現(xiàn)有的3D打印技術(shù)都效率低且成本高。為此，相關(guān)領(lǐng)域研究人員一直在探索新的技術(shù)，目前的最新成果是香港中文大學(xué)與勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)的飛秒投影雙光子光刻(FP-TPL)印刷技術(shù)。

通過(guò)時(shí)間聚焦控制激光光譜，新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了激光3D打印的并行逐層打印，而非以前的逐點(diǎn)書(shū)寫(xiě)。這項(xiàng)新技術(shù)極大提高了打印速度1000-10000倍，降低了98%的成本�！犊茖W(xué)》收錄了這項(xiàng)研究，肯定其將納米級(jí)3d打印帶入了一個(gè)新時(shí)代。

傳統(tǒng)的納米級(jí)3D打印技術(shù)，即雙光子聚合(TPP)，以逐點(diǎn)掃描方式運(yùn)作，效率低下，即使是厘米大小的物體也可能需要幾天到幾周的時(shí)間來(lái)制作。如果要提高速度，常常犧牲成品的精度。這個(gè)過(guò)程既耗時(shí)又昂貴，嚴(yán)重阻礙了3D打印技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

新技術(shù)利用時(shí)間聚焦的概念克服了這一難題，在焦平面形成可編程的飛秒光片，用于平行寫(xiě)入。這相當(dāng)于在焦平面上同時(shí)投射數(shù)百萬(wàn)個(gè)激光焦點(diǎn)，以取代傳統(tǒng)的聚焦和掃描激光的方法。換句話說(shuō)，F(xiàn)P-TPL技術(shù)可以在TPP技術(shù)制造一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)制造出整個(gè)平面。

FP-TPL的顛覆性在于，它不僅極大提高了速度(大約10-100m/h)，而且還提高了分辨率(橫向和軸向約140 nm / 175 nm)，降低了成本(1.5美元/ m)。傳統(tǒng)的TPP系統(tǒng)典型硬件包括飛秒激光光源和光掃描裝置，如數(shù)字微鏡裝置(DMD)等。而其主要成本來(lái)源于激光光源，典型壽命約為20000小時(shí)。

因此將制造時(shí)間從幾天減少到幾分鐘，可以大大延長(zhǎng)激光壽命，并間接將平均打印成本從88美元/ m降低到1.5美元/ m，降低了98%。

由于點(diǎn)掃描速度慢，缺乏打印支撐結(jié)構(gòu)的能力，傳統(tǒng)的TPP系統(tǒng)無(wú)法制造大型復(fù)雜懸垂結(jié)構(gòu)。FP-TPL技術(shù)通過(guò)其高打印速度——部分聚合后的零件在液體樹(shù)脂中漂移之前迅速連接——可以制造大型復(fù)雜懸垂結(jié)構(gòu)。

FP-TPL技術(shù)可以造福很多領(lǐng)域，例如納米技術(shù)、先進(jìn)功能材料、微型機(jī)器人、醫(yī)療和藥物輸送設(shè)備。由于其顯著提高的速度和降低的成本，F(xiàn)P-TPL技術(shù)在未來(lái)有可能被商業(yè)化并廣泛應(yīng)用。