新技术使3d打印速度提高了1000到10000倍

时间:2019-12-30 18:40 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

新技术使3d打印速度提高了1000到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技术。然而,现有的印刷技术效率低,成本高。香港中文大学(中大)机械及自动化工程学系陈士奇教授及其团队与劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作,研发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,实现了激光三维打印的并行逐层打印,而不是逐点书写。这项新技术大大提高了打印速度1000 - 10000倍,降低了98%的成本。这项成果最近发表在《科学》(Science)杂志上,肯定了其技术突破,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。因此,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(构建速率~ 0.1 mm3/h)。这个过程既耗时又昂贵,阻碍了实际应用和工业应用。为了提高速度,常常牺牲成品的分辨率。陈教授和他的团队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,用于平行纳米线;这相当于在焦平面上同时投射数百万个激光焦点,取代了传统的聚焦和扫描激光的方法。换句话说,FP-TPL技术可以在点扫描系统制造一个点的时间内制造出整个平面。

FP-TPL之所以成为一项颠覆性技术,是因为它不仅极大地提高了速度(大约10-100 mm3/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/mm3)。陈教授指出,TPP系统的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)。由于TPP系统的主要成本是激光光源,其典型寿命约为20,000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/mm3降低到1.5美元/mm3,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,即,部分聚合后的零件在液体树脂中漂移之前迅速连接,从而可以制造大型复杂悬垂结构,如图1 (G)所示。陈教授表示,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于各个领域,制造中大型设备。

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