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雙激光器結(jié)合讓飛秒3D打印功率減半,成本大幅降低 

2024-07-05 08:23
2024年7月5日,據(jù)資源庫(kù)了解,近日,普渡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型雙光子聚合技術(shù),利用兩束激光3D打印復(fù)雜且高分辨率的結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)突破有望大幅降低高分辨率3D打印工藝成本,從而進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。相關(guān)研究論文發(fā)表于最新一期《光學(xué)快報(bào)》雜志。

雙光子聚合是一種先進(jìn)的3D打印技術(shù),利用飛秒激光精確打印材料。盡管這種技術(shù)適合生產(chǎn)高分辨率微結(jié)構(gòu),但飛秒激光的高成本限制了其工業(yè)應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題,普渡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地結(jié)合了低成本的可見(jiàn)光激光器和紅外脈沖飛秒激光器,降低了飛秒激光的功率需求,從而提高了打印效率并降低了單個(gè)部件的成本。
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高分辨率3D打印結(jié)構(gòu),圖片來(lái)源:《光學(xué)快報(bào)》雜志

研究人員表示,雙激光方法可將飛秒激光功率需求降低多達(dá)50%。這種方法結(jié)合了532納米納秒激光的單光子吸收和800納米飛秒激光的雙光子吸收。為實(shí)現(xiàn)兩種激光打印之間的最佳平衡,團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了一個(gè)新的數(shù)學(xué)模型,以深入理解其中的光化學(xué)過(guò)程,并計(jì)算了雙光子和單光子激發(fā)的協(xié)同效應(yīng),從而確保在更低的飛秒激光功率下依然能獲得理想的打印結(jié)果。
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使用兩個(gè)激光器打印,功率降低50%,圖片來(lái)源:普渡大學(xué)

傳統(tǒng)的雙光子聚合工藝使用飛秒激光來(lái)啟動(dòng)光化學(xué)過(guò)程,在打印開(kāi)始之前減少材料中的抑制物質(zhì)。新工藝則使用低成本激光來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的,從而找到兩種激光在打印和抑制之間的正確平衡。研究人員表示,這種新穎的3D打印方法可以輕松應(yīng)用于很多現(xiàn)有的飛秒激光3D打印系統(tǒng)中。

研究人員表示,高分辨率3D打印具有多種應(yīng)用,包括3D電子設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的微型機(jī)器人以及組織工程的3D結(jié)構(gòu)或支架。這種新的打印方法可能會(huì)影響制造技術(shù),進(jìn)而影響現(xiàn)在和未來(lái)的消費(fèi)電子和醫(yī)療保健領(lǐng)域的設(shè)備發(fā)展。
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打印測(cè)試,圖片來(lái)源:普渡大學(xué)

在對(duì)新方法進(jìn)行微調(diào)后,研究人員使用降低的飛秒激光功率打印了各種二維和三維結(jié)構(gòu),包括小至25x25x10微米的精細(xì)木樁以及微米級(jí)的巴基球、手性結(jié)構(gòu)和三葉草結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,新方法可將二維結(jié)構(gòu)所需的飛秒激光功率降低高達(dá)80%,將三維結(jié)構(gòu)所需的飛秒激光功率降低高達(dá)50%。

目前,研究團(tuán)隊(duì)正在努力進(jìn)一步提高打印速度并降低3D打印的成本,以期在更廣泛的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)突破。
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