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新纳米级3D打印技术,可提高制造速度上近千倍

发布时间:2019-10-08 访问次数:751次 来源:科技工作者 分享:

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和香港中文大学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(FP-TPL),可在不牺牲分辨率的情况下,将微观结构的制造速度加快上千倍。 

反光表面上,具有亚微米特征的毫米级结构支撑了一枚美元硬币。

据美国物理学网站报道,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和香港中文大学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(FP-TPL)。该技术可在不牺牲分辨率的情况下,将微观结构的制造速度加快上千倍。
FP-TPL可以产生175纳米的深度分辨率,并能打印出此前无法制造的90度悬空结构。新技术有望用于生物载体、柔性电子和光学超材料等领域产品的规模化生产。相关论文发表在《科学》杂志上。
现有的纳米级添加制造技术一般使用单点高强度光(直径为700~800纳米)。它将聚合物材料由液体转化为固体。由于必须扫描整个制造的结构,现有的TPL技术需要花费数小时才能生产出复杂的三维结构。这限制了它在实际应用中的扩展性。


在三维空间中,由多个投影叠加而成的堆叠的三维结构。

论文作者、研究人员Sourabh Saha说:“我们不使用单一光点,而是同时投射上百万个光点。因此,我们能够使用整个投影平面来模式化制造任意结构。”

为了创造出百万光点,研究人员使用了一种类似投影仪的数码掩模来创建图像和视频。这样,掩模控制飞秒激光在前驱体溶液聚合物材料中创建出了需要的光模式。接着,高强度光引发聚合反应,将液体变成固体。通过层叠操作,研究人员只需要几分钟就能制造出复杂的三维结构。LLNL研究人员Chris Spadaccini说:“并行双光子系统是纳米级打印技术的突破性成果。它将使材料在纳米尺度下的卓越性能变为可用组件。”


与表面粒子喷涂3D打印技术不同,新技术可以深入至液态前体,突破表面制造的局限性。例如,该技术可以制造出悬浮的三维结构。研究人员在100微米×100微米的基底上打印了一座一毫米长的悬浮桥结构。此外,研究人员还通过打印长方体和螺旋体等多种结构,演示了技术的适应性。

通过拼接多重2D投影,打印出来的悬垂3D结构。

虽然研究人员在实验中使用的是传统聚合物前体,但Saha认为,这项技术也可能适用于金属和陶瓷。他表示:“这一技术的真正潜力是用于小型设备的工业规模生产。我们需要证明我们能够用其他打印材料来扩展材料面板。此外,我们已经在速度和分辨率上取得了不错的权衡效果。接下来的问题是结构特征的预测性,以及结构质量的把控性。我们还需要进行更多的研究来推动这个过程。”

期刊来源:《科学》期刊编号:0036-8075

原文链接:https://phys.org/news/2019-10-d-technique-nanoscale-fabrication-fold.html一切内容以英文原版为准。转载请注明来源。


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