快速且高效的激光3D微打印技术

       尽管用于聚合物的快速、高分辨率3D打印技术是很多应用领域的理想选择，但是在实际应用上，仍然存在许多挑战。近期，来自德国和澳大利亚的联合研究团队研究了一种快速、高分辨率的增材制造方法，可以在几毫秒内打印出精细的聚合物微结构(Nat. Photon., doi:  10.1038/s41566-022-01081-0 )。

       该技术通过蓝色激光将需要打印的三维微结构投影到液体树脂中。之后，一束红色激光穿过蓝色投影，并且会在在几百毫秒内固化树脂。

图1 激光3D微打印示意图

       德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的Martin Wegener表示，如果树脂的敏感性更高，甚至可以考虑使用LED来代替激光进行固化。实验的理想效果是打印出尺寸在厘米大小的3D结构，同时保持微米级的分辨率和高打印速度。

       传统的聚合物增材制造工艺通常使用立体光刻的3D打印技术。它一般是将3D图像层层投射到液体树脂中，然后使用紫外光单独固化树脂层。因此，该技术比较耗时。

       基于此，Wegener及其同事，旨在利用光片3D微打印技术来改进传统打印技术的不足，这项新技术将图像投影与双色两步吸收相结合。

       实验中，研究人员使用波长为440nm的蓝色激光器保护物体，波长为660nm的红色激光器用于光片，并将生物乙酰基作为光引发剂。通过双色双步吸收，液态树脂只在同时暴露于蓝色和红色激光的区域凝固。整个微结构的打印时间用时不到一秒，速度非常快。

       该团队使用了一种名为PR3的高粘性光敏树脂，因为它的内在聚合时间常数很长。正是这一特性使得在打印的曝光阶段的折射率变化很小，降低了红光片在物体上已经聚合的部位的散射效应。

       论文第一作者、KIT的Vincent Han提到：" 在使用PR3之后，返回时间不到100微秒，大大提高了印刷速度。Han和他的团队利用该平台成功实现了每秒7×106个体素的峰值打印速度，体素体积为0.55μm3。

       在演示过程中，研究人员通过3D打印技术打印了几个微型物体，其中包括一个由五艘 "#3DBenchy "船组成的船队。每艘船的打印时间不到266微秒。在扫描电子显微镜下，可以观察到每艘小船形状都保持一致。

       虽然光板3D激光微打印机速度很快，但该团队也表示，随着液体树脂容器底部光敏剂的逐渐积累，其打印尺寸也会受到限制，有可能会导致投影图像的光学分辨率受损。下一步，他们重点解决这些问题，进一步完善打印平台。