LLNL突破性实现更精致和尺寸更大的双光子聚合3D打印技术

关于在光固化领域的3D打印研究，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的可以说是在世界范围内的一大中坚力量，LLNL在2015年申请了大面积投影立体光聚合技术的专利，在2017年又推出了近瞬时光刻3D打印技术。

如今，LLNL的研究人员已经找到了一种改进双光子聚合（TPL）的方法，双光子聚合是一种纳米级3D打印技术，LLNL将双光子聚合3D打印技术开发到可以兼顾微观精度同时又满足较大的外型尺寸的水平。

不仅满足纳米级的精致

还满足“傲人”的“身高”外形尺寸

与大多数激光3D打印技术不同，3D激光打印技术的分辨率受3D打印机激光点的大小限制，双光子聚合技术可将打印分辨率提高到难以置信的精度。

LLNL的研究人员最近通过对3D打印过程中使用的抗蚀剂材料进行了一些重要的发现，找到了大幅度拓宽TPL功能的方法。他们的发现是将整个过程颠倒过来 - 通过将3D打印机的激光器直接对抗蚀剂进行对焦，可以打印出微观结构小于150纳米但外形尺寸达到几毫米的三维微结构。

但这只是LLNL团队令人兴奋的研究项目的开始。研究人员还发现，除了可以提高TPL的分辨率之外，他们还可以将3D打印过程中使用的光敏聚合物抗蚀剂的衰减提高10倍以上，增加（或减少）抗蚀剂能够吸收的X射线。

这是通过“折射率匹配”使得抗蚀剂材料的折射率与透镜的浸入介质匹配成为可能，从而允许3D打印机的激光以最小的干扰通过。通过部署这种指数匹配技术，LLNL团队表示，TPL最终可用于3D打印微观结构小至100纳米的更大部件。

分辨率非常好，且尺寸仍然足够大，这对于TPL的应用范围可能会带来很大的实际意义。

LLNL的核心技术是抗蚀剂配方，这个配方将在制造功能性塑料部件达到严格的尺寸公差方面发挥关键作用。LLNL合成了碘化丙烯酸酯单体以配制能够形成具有小于150nm特征的3D微结构的高Z光致抗蚀剂材料。

LLNL的研究成果发表在ACS Applied Materials＆Interfaces杂志，题目是“Radiopaque Resists for Two-Photon Lithography To Enable Submicron 3D Imaging of Polymer Parts via X-ray Computed Tomography”-“射线抗蚀剂-通过X射线计算机断层扫描技术实现亚微米三维成像的双光子聚合技术”。

------ 3D科学谷Review

在国内，据3D科学谷的市场研究，从事双光子聚合技术研究的代表机构是清华大学深圳研究生院。清华大学深圳研究院的设备特征在于：飞秒激光脉冲系统的光路上还具有反射镜和扩束镜，从飞秒激光器到物镜，光路开关、衰减片、扩束镜、反射镜、分色镜顺次设置；打印中，飞秒激光器产生双光子激光，经过光路开关、衰减片、扩束镜、反射镜和物镜将激光聚焦，来使光敏树脂交联。

相对于普通的SLA 3D打印光聚合采用紫外波长的激光(250-400nm)，光子能量高，光经过的地方均发生聚合，清华大学深圳研究院的双光子聚合采用近红外波长(600-1000nm)的激光，近红外波长光子能量低，线性吸收及瑞利散射小，在介质中穿透性高，引发剂或光敏剂在光子强度高的焦点处才会产生双光子聚合，进而引发液态树脂发生聚合而固化。

另外，相比于传统的单光子聚合的SLA 3D打印机技术，由于材料的双光子吸收速率与入射光功率密度的平方成正比，材料被激发的速率在远离焦点的方向衰减的更为迅速，因此，由双光子吸收引发的光化学反应将被局限在光功率密度很高的焦点周围极小的区域内，光束途经的其它部分几乎不受影响。

为了让双光子聚合3D打印机达到微纳尺度的加工精度。清华大学深圳研究院进一步将所有的设备安装在主动去震平台上，以保证绝对的精度和稳定。通过超高精度的滑台和超高精度的双光子聚合范围相互匹配，实现了高精度的打印。

而在国际上，包括德国的Nanoscribe和维也纳技术大学是最早进行双光子聚合技术开发的企业和机构。而英国帝国理工学院还通过德国Nanoscribe的设备打印出只有100微米长的中国长城模型赠送给习主席。由于在微电子、光电子电路、再生医学等众多领域有着潜在的应用前景，双光子聚合技术被未来学家 Christopher Barnatt认为是未来可能会成为主流的3D打印形式，其潜在的应用范围和影响力是相当惊人的。

延伸阅读请参考3D科学谷发布的《3D打印与电子产品白皮书》。

参考资料：Radiopaque Resists for Two-Photon Lithography To Enable Submicron 3D Imaging of Polymer Parts via X-ray Computed Tomography

广告

点击“阅读原文”

了解维捷最新发展

---

广告合作请加3D科学谷QQ：2509957133

资料下载，请加入3D科学谷3D产业链QQ群：529965687

更多信息或查找往期文章，请登陆www.51shape.com,在首页搜索关键词

网站投稿请发送至[e-mail]

欢迎转载，如需加入长期转载请在文后评论区留言

---

延伸阅读