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加拿大科学家开发出精密双光子3D打印技术

导读: 新年之初,一张3微米高的微笑雪人照片席卷网络,加拿大西安大略大学实验室的科学家们借助电子束微影系统,用三个直径只有0.9微米的硅土球堆成了它。

新年之初,一张3微米高的微笑雪人照片席卷网络,加拿大西安大略大学实验室的科学家们借助电子束微影系统,用三个直径只有0.9微米的硅土球堆成了它。憨态可掬的表情让人们过了一把围观微观雕塑的瘾。但现在,人们无需手动,用3D打印就能制作出这样可爱的微观雕塑。

据美国“3D打印者”博客报道,艺术家乔迪·赫维茨使用双光子激光直写技术,3D打印出了迄今为止最微小的纳米雕塑。这种双光子3D打印能够达到高标准高精度要求,预计将推动3D打印市场的细化发展。

工业领域使用的3D打印技术往往采用分层制造原理,打印成品的层与层之间精度存在上限。因此现有的3D打印机很难制造出高精度的器件,如光学元件或微纳尺度的结构器件等。如今,一种名为“双光子激光直写”的技术则完美解决了该问题,使用这种技术的3D打印被称为“双光子3D打印”。

理化领域中,物质对光的吸收作用被应用到多个方面,比如用紫外光照射一些光敏聚合物质,被光照射到的那部分就会固化成物体。大多数物质对光的吸收都是以一个光子为单位,一次吸收一个光子。但某些情况下,由于物质拥有特殊能级跃迁模式,会出现同时吸收两个光子的情况,即“双光子吸收效应”。

实现该效应的条件严格,需要特定物质和极高能量密度。当条件满足时,人们可利用激光聚焦,将反应区域局限在焦点附近的极小位置。通过纳米级别的精密移动台,使激光焦点在光敏物质内移动。但凡焦点经过的位置,光敏物质都会变性固化,从而打印出任意形状的3D物体。

这种技术成熟后,能提供给用户一种高端而便捷的手段设计和加工各种各样的微纳结构,比如科研中使用的光子晶体和光纤顶端加工的内窥镜。艺术领域中,不光可以用它来创作微观雕塑,还能复写世界各地的建筑原貌。这意味着极多的现实信息将可以被缩小微观级别,不为肉眼所见。

除了优势,专家也指出双光子激光直写技术所适用的光敏物质种类有限,将打印完毕的物体固定下来需要复杂繁琐的加工过程。想要用这种技术打印大尺度的产品目前难以实现。3D打印在过去一年中数次登上科技新闻的头条,从残奥会上的3D打印假肢,到流传日韩网络的3D打印仿真枪,从米其林厨师试用的3D食物打印机到迪拜3D打印的未来办公室建筑。纳米级领域的突破将拓宽该技术的应用范围,助力制造业的未来变革。

责任编辑:TD
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