《科学》：新型3D打印技术成本降低98% 速度提高10000倍

     超精密3D打印技术是制造精密生物医学和光子器件的关键，但现有的3D打印技术都效率低且成本高。为此，相关领域研究人员一直在探索新的技术，目前的最新成果是香港中文大学与劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作研发的飞秒投影双光子光刻(FP-TPL)印刷技术。

 

　　通过时间聚焦控制激光光谱，新技术实现了激光3D打印的并行逐层打印，而非以前的逐点书写。这项新技术极大提高了打印速度1000-10000倍，降低了98%的成本。《科学》收录了这项研究，肯定其将纳米级3d打印带入了一个新时代。

 

　　传统的纳米级3D打印技术，即双光子聚合(TPP)，以逐点扫描方式运作，效率低下，即使是厘米大小的物体也可能需要几天到几周的时间来制作。如果要提高速度，常常牺牲成品的精度。这个过程既耗时又昂贵，严重阻碍了3D打印技术的实际应用。

 

　　新技术利用时间聚焦的概念克服了这一难题，在焦平面形成可编程的飞秒光片，用于平行写入。这相当于在焦平面上同时投射数百万个激光焦点，以取代传统的聚焦和扫描激光的方法。换句话说，FP-TPL技术可以在TPP技术制造一个点的时间内制造出整个平面。

 

　　FP-TPL的颠覆性在于，它不仅极大提高了速度(大约10-100m³/h)，而且还提高了分辨率(横向和轴向约140 nm / 175 nm)，降低了成本(1.5美元/ m³)。传统的TPP系统典型硬件包括飞秒激光光源和光扫描装置，如数字微镜装置(DMD)等。而其主要成本来源于激光光源，典型寿命约为20000小时。

 

　　因此将制造时间从几天减少到几分钟，可以大大延长激光寿命，并间接将平均打印成本从88美元/ m³降低到1.5美元/ m³，降低了98%。

 

　　由于点扫描速度慢，缺乏打印支撑结构的能力，传统的TPP系统无法制造大型复杂悬垂结构。FP-TPL技术通过其高打印速度——部分聚合后的零件在液体树脂中漂移之前迅速连接——可以制造大型复杂悬垂结构。

 

　　FP-TPL技术可以造福很多领域，例如纳米技术、先进功能材料、微型机器人、医疗和药物输送设备。由于其显著提高的速度和降低的成本，FP-TPL技术在未来有可能被商业化并广泛应用。