Высокоточная 3D-печать становится ключевой технологией для производства прецизионных биомедицинских и фотонных устройств. Однако, существующий метод печати отличается низкой эффективностью и высокой стоимостью.

Ученые с факультета инженерной механики и автоматизации Китайского университета Гонконга совместно со специалистами из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в США разработали технологию фемтосекундной проекционной 3D-печати. Новый способ основан на существующем методе двухфотонной стереолитографии, поэтому его обозначили аббревиатурой FP-TPL.

Традиционная технология трёхмерной печати в наноразмерном масштабе, т.е. двухфотонная полимеризация (TPP или 2PP), работает поточечно. Таким образом, на изготовление объекта размером даже в сантиметр может уйти от нескольких дней до нескольких недель, т.к. скорость печати составляет около 0,1 мм3 в час. Это дорогостоящий и длительный процесс, что препятствует его практическому и промышленному применению. Часто, ради увеличения скорости, приносится в жертву разрешение готового изделия.

Печать сложных 3D структур с субмикронным разрешением по FP-TPL. На изображении от A до C изображена структура миллиметрового масштаба с субмикронными характеристиками, напечатанная одноцентовой монете. Кубоид 2,20 мм × 2,20 мм × 0,25 мм был напечатан за 8 минут 20 секунд, скорость печати составила 8,7 мм3/час. На изображении D изображен 3D-микропиляр, демонстрирующий однородность печати. На E и F изображены спиральные структуры, напечатанные через проекцию одного слоя. G - J - демонстрируют нависающие 3D-структуры, напечатанные с помощью сшивания нескольких 2D-проекций. Мостовая структура в G сложна для печати с использованием метода точечного сканирования TPL.

В рамках нового исследования ученым удалось преодолеть ограничения этого метода, использовав концепцию временной фокусировки. Техника основана на формировании программируемой фемтосекундной световой поверхности в фокальной плоскости – такой подход подобен одновременной проекции миллиона точек, на которых сфокусировался лазер, вместо отдельного сканирования каждой точки. Иными словами, метод FP-TPL позволяет создать целую плоскость за то же время, которое требуется традиционной системе на обработку одной точки.

3D-печать по методу фемтосекундной проекции может стать действительно революционной технологией. Новый метод позволит не только значительно улучшить скорость производства до 10-100 мм3 в час, но и повысить разрешение до ~140 нм и 175 нм в боковой и осевой проекции, а также сократить издержки до 1,5 долларов за мм3.

Источник