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TPP双光子3D打印:神奇的纳米级3D打印技术

本文摘要:2015年10月,精研大大在采访英国期间参观了知名的英国帝国理工学院,获得了学院杨广中教授赠送给的类似礼物--打印机在一块正方形硅片上的一段只有100微米宽的中国长城。这种神秘的技术就是双光子3D打印机技术,用于材料为光敏材料。 听得着离普通人很很远是吧?实质上,我国在双光子3D打印机技术方面领先世界。据理解,中科院在双光子3D打印机领域早已积极开展了十几年的研究,并获得了一系列研究成果。

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2015年10月,精研大大在采访英国期间参观了知名的英国帝国理工学院,获得了学院杨广中教授赠送给的类似礼物--打印机在一块正方形硅片上的一段只有100微米宽的中国长城。这种神秘的技术就是双光子3D打印机技术,用于材料为光敏材料。

听得着离普通人很很远是吧?实质上,我国在双光子3D打印机技术方面领先世界。据理解,中科院在双光子3D打印机领域早已积极开展了十几年的研究,并获得了一系列研究成果。双光子3D打印机(Two-photonpolymerization,TPP),学名为双光子激光平写出技术、双光子单体光固化成形技术。

少见的3D打印机工作原理都是分层生产,层与层之间的精度很有限,不存在所谓的“台阶效应”。这使得3D打印机无法生产较低粗糙度、高精度的器件,如各种光学元件、微纳尺度的结构器件等等。

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而双光子3D打印机技术的经常出现未来将会极致解决问题这个问题。习近平总书记在伦敦皇家学院接到的3D打印机长城(长度100微米)为了协助大家更佳地解读这项技术,首先要告诉什么叫作“双光子吸取效应。”SLA/DLP或是PolyJet技术所利用的都是单光子单体,将一个光子作为基础单位展开吸取,一次不能通过一个光子。

但是实质上,极少数情况下,由于物质中不存在类似的能级光子模式,也不会经常出现同时吸取两个光子的情况,这就是“双光子吸取效应”。但双光子吸取的条件十分严苛,它拒绝特定的物质和极高的能量密度。只有在高度探讨的激光中心部位,才不会有充足低的辐照度来保证有两个光子同时被吸取。

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单光子单体(左)与双光子单体(右)对比示意图(图片来源:南极熊)TPP双光子3D打印机技术原理示意图(图片来源:南极熊)利用了TPP双光子3D打印机技术,打印机精度可以超过纳米级。通过将激光探讨在光敏树脂内,计算机控制移动纳米级仪器移动台,焦点经过的方位,光敏树脂不会变性、烧结,从而可以打印机给定形状的三维物体。由于双光子单体再次发生的烧结只再次发生在激光探讨的光敏树脂槽中央,而不是像SLA/DLP一样再次发生在树脂槽液面或者树脂槽底部,因此,用于TPP技术的3D打印机需要将打印机件从树脂槽底部挤压,也需要加装刮刀展开光敏树脂液面的涂覆。TPP双光子3D打印机(图片来源:南极熊)TPP技术是现在市面精度最低的3D打印机技术。

TPP技术普遍应用于微光学,微电子,微流触,微器件等领域,它给3D打印机从业者和科学家获取了一种强有力的解决方案,来设计和加工多种多样的微纳结构。TPP技术最典型的应用于是在科研领域。光子晶体(PhotonicCrystal)的单元结构极为微小,加工一起十分艰难。

用于TPP技术则可以十分便利地加工出有这种周期性排序的微纳结构。利用TPP技术加工的三维光子晶体科学家利用TPP技术在光纤顶端加工的内窥镜TPP技术也被应用于在艺术领域。2014年,艺术家JontyHurwitz与WeitzmannInstituteofScience的科学家合作,利用TPP技术在一根针上做成了世界上大于的雕塑。

利用TPP技术打印机的雕塑不作右图为利用TPP技术加工的微纳雕塑作品双光子3D打印机技术制作的泰姬陵模型双光子3D打印机技术制作的F1赛车利用TPP技术制作的勃兰登堡门模型双光子3D打印机技术制作的权利女神像尤达大师虽然双光子激光平写出技术在微纳尺度加工领域具备很大的优势,但并非仅有无缺点。与胶片摄制图像类似于,TPP的光敏材料必须展开底片和定影等过程,从而将打印机的3D物体相同下来,因此加工过程更加繁复。从上文描述中可以显现出,这项技术能否顺利的关键相当大程度上各不相同纳米精度的移动台,因此运动系统极为仪器且便宜。

右图是一台典型双光子平写出仪的基本配备,从软件到硬件必须极致因应,所以往往耗资高昂。


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