不同亚微米分辨率3D打印技术对比

目前，能够实现亚微米分辨率的3D打印技术包括直接墨水写入（DIW），按需滴加EHD打印，局部电泳沉积，激光诱导正向转移（LIFT），弯液面电镀，液体中局部分散离子电镀（FluidFM ／ SICM），激光诱导的光还原和聚焦电子／离子束诱导沉积（FEBID ／ FIBID）等。

上图展示了对于能够以亚微米分辨率打印金属的增材制造技术，打印速度（μm3／s）与特征尺寸（体素尺寸，μm）的关系图

通常，当制造具有较小特征的物体时，打印速度会急剧下降；打印分辨率每增加一个数量级，打印速度就会降低4个数量级。在这种情况下，此处介绍的静电射流偏转策略远远超出了总体趋势，能够以高达 100万μm3／s 的速度来打印小至100 nm的特征。

总结

这项研究通过对带电射流轨迹的控制，实现了基于喷嘴的亚微米分辨率的3D打印。并且平面内打印速度最高可达0．5 m／s，离面速度高达0．4mm／s，超越了所有已知的能够提供亚微米分辨率的增材制造技术。另外，计算出的加速度高达100万m／s2，比依靠机械平台定义物体几何形状的技术所提供的加速度高四个数量级。

通过带电喷头的静电偏转，复杂的3D结构通过精确的静电驱动逐层自组装，实现了高达每秒2000层的速度进行打印。此外，控制油墨粘度和组成允许调节打印对象的微观结构。综上所述，EHD喷射偏转打印可以实现几乎任何成分、可调整微观结构和功能的3D对象的超快速微制造。

南极熊报道过的微纳米3D打印技术

① 2019年10月，《Science》刊登飞秒投影双光子光刻技术，微纳微纳光固化3D打印提速1000倍。

美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh K． Saha和香港中文大学Shih－Chi Chen合作提出一种通过超快激光打印亚微米结构的技术。通过投影2D聚焦平面构筑3D模型。这种方法在不牺牲分辨率的情况下将传统方法的产率提高了三个数量级。能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构。相关论文以Scalable submicrometer additive manufacturing为题发表在《Science》上。

研究人员多年来一直致力于加速用于生产纳米级3D结构的双光子光刻工艺。他们的成功来自采用一种不同的聚焦光的方法，即利用其时域特性，从而可以生产出具有高分辨率且具有微小特征的超薄光片。飞秒激光的使用能够保持足够的光强度，以触发双光子过程聚合，同时保持较小的点尺寸。在FP－TPL技术中，飞秒脉冲经过光学系统时会被拉伸和压缩，以实现时间聚焦。该过程可以生成比衍射限制的聚焦光斑更小的3D特征，并且需要两个光子同时撞击液体前驱物分子。

② 德国双光子增材制造系统制造商Nanoscribe

Nanoscribe成立于卡尔斯鲁厄理工学院，现在在上海设有子公司，在美国设有办事处。该公司在财务和技术上获得了蔡司的大力支持，蔡司是德国历史最悠久，规模最大的光学系统制造商之一。

纳米标记系统基于双光子吸收，这是一种分子被激发到更高能态的过程。为了使用双光子工艺制造3D物体，使用含有单体和双光子活性光引发剂的凝胶作为原料。将激光照射到光敏材料上以形成纳米尺寸的3D打印物体，其中吸收的光的强度最高。

Photonic Professional GT是Nanoscribe此前推出的一款产品，在科学研究中得到了广泛的应用，并在哈佛大学纳米系统中心，加州理工学院，伦敦帝国理工学院，苏黎世联邦理工大学和庆应义塾大学使用。