Лазерный мир

Технология сверхточной 3-D печати является ключевым фактором для производства прецизионных биомедицинских и фотонных устройств. Однако существующая технология печати ограничена ее низкой эффективностью и высокой стоимостью.

Профессор Ши-Чи Чен и его команда из кафедры машиностроения и автоматизации Китайского университета Гонконга (CUHK) в сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса разработали

технологию печати на двухфотонной литографии с фемтосекундной проекцией (FP-TPL).

Управляя лазерным спектром с помощью временной фокусировки, процесс лазерной 3-D печати выполняется параллельным послойным способом вместо точечной записи. Этот новый метод существенно увеличивает скорость печати в 1000–10 000 раз и снижает стоимость на 98 процентов. Это достижение было недавно опубликовано в Science, подтверждая его технологический прорыв, который выводит наноразмерную трехмерную печать в новую эру.

Традиционная технология наноразмерной трехмерной печати, то есть двухфотонная полимеризация (TPP), работает в режиме точечного сканирования. Таким образом, для изготовления даже объекта сантиметрового размера может потребоваться от нескольких дней до недель (скорость создания ~ 0,1 мм3 / час). Процесс трудоемкий и дорогой, что препятствует практическому и промышленному применению.

Чтобы увеличить скорость, разрешение готового продукта часто приносится в жертву. Профессор Чен и его команда преодолели сложную проблему, используя концепцию временной фокусировки, когда программируемый фемтосекундный световой лист формируется в фокальной плоскости для параллельного нанопокрытия. Это эквивалентно одновременному проецированию миллионов лазерных фокусов на фокальную плоскость, заменяя традиционный метод фокусировки и сканирования лазера только в одной точке. Другими словами, технология FP-TPL может создавать целую плоскость за время, в течение которого система сканирования точек создает точку.

Что делает FP-TPL прорывной технологией, так это то, что она не только значительно улучшает скорость (приблизительно 10–100 мм3 / час), но также улучшает разрешение (~ 140 нм / 175 нм в боковом и осевом направлениях) и снижает стоимость (US$ 1,5 / мм3). Профессор Чен отметил, что типичное аппаратное обеспечение в системе TPP включает в себя фемтосекундный лазерный источник и устройства сканирования света, например цифровое микрозеркальное устройство (DMD). Поскольку основной ценой системы TPP является лазерный источник с типичным сроком службы ~ 20 000 часов, сокращение времени изготовления с дней до минут может значительно продлить срок службы лазера и косвенно снизить среднюю стоимость печати с 88 долл. США / мм3 до 1,5 долл. США. / мм3 — сокращение на 98 процентов.

Из-за медленного процесса сканирования точек и отсутствия возможности печатать опорные конструкции, традиционные системы TPP не могут изготовить большие сложные и нависающие структуры. Технология FP-TPL преодолела это ограничение благодаря высокой скорости печати, т. е. частично полимеризованные части быстро соединяются, прежде чем они могут сместиться в жидкой смоле, что позволяет изготавливать крупномасштабные сложные и нависающие структуры, как показано на Рисунок 1 (G). Профессор Чен сказал, что технология FP-TPL может принести пользу многим областям, например, нанотехнологии, современные

функциональные материалы, микро-робототехника и медицинские устройства, и устройства доставки лекарств. Благодаря значительному увеличению скорости и снижению затрат технология FP-TPL потенциально может широко применяться в различных областях в будущем, производя крупномасштабные устройства.

Источник: https://ftimes.ru/300000-novaya-texnika-uvelichivaet-skorost-3d-pechati-ot-1000-do-10000-raz.htm