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新型3D打印技術成本降低98% 速度提高10000倍

來源: 發布時間:2020-01-03 10:32:33

超精密3D打印技術是制造精密生物醫學和光子器件的關鍵,但現有的3D打印技術都效率低且成本高。為此,相關領域研究人員一直在探索新的技術,目前的最新成果是香港中文大學與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室合作研發的飛秒投影雙光子光刻(FP-TPL)印刷技術。

 
  通過時間聚焦控制激光光譜,新技術實現了激光3D打印的并行逐層打印,而非以前的逐點書寫。這項新技術極大提高了打印速度1000-10000倍,降低了98%的成本。《科學》收錄了這項研究,肯定其將納米級3d打印帶入了一個新時代。
 
  傳統的納米級3D打印技術,即雙光子聚合(TPP),以逐點掃描方式運作,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間來制作。如果要提高速度,常常犧牲成品的精度。這個過程既耗時又昂貴,嚴重阻礙了3D打印技術的實際應用。
 
  新技術利用時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,用于平行寫入。這相當于在焦平面上同時投射數百萬個激光焦點,以取代傳統的聚焦和掃描激光的方法。換句話說,FP-TPL技術可以在TPP技術制造一個點的時間內制造出整個平面。
 
  FP-TPL的顛覆性在于,它不僅極大提高了速度(大約10-100m³/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/ m³)。傳統的TPP系統典型硬件包括飛秒激光光源和光掃描裝置,如數字微鏡裝置(DMD)等。而其主要成本來源于激光光源,典型壽命約為20000小時。
 
  因此將制造時間從幾天減少到幾分鐘,可以大大延長激光壽命,并間接將平均打印成本從88美元/ m³降低到1.5美元/ m³,降低了98%。
 
  由于點掃描速度慢,缺乏打印支撐結構的能力,傳統的TPP系統無法制造大型復雜懸垂結構。FP-TPL技術通過其高打印速度——部分聚合后的零件在液體樹脂中漂移之前迅速連接——可以制造大型復雜懸垂結構。
 
  FP-TPL技術可以造福很多領域,例如納米技術、先進功能材料、微型機器人、醫療和藥物輸送設備。由于其顯著提高的速度和降低的成本,FP-TPL技術在未來有可能被商業化并廣泛應用。

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