江蘇激光聯(lián)盟指南：

3D激光打印機(jī)將更小、更經(jīng)濟(jì)。

3D打印目前正在深入人們的生活，激光打印是制造3D打印增材的首選方法，因?yàn)樗峁┝怂蟹椒ㄖ凶罡叩目臻g分辨率，并獲得了極快的打印速度。

不過，由于用于紙張打印的傳統(tǒng)激光打印機(jī)中的激光非常小，研究人員早已研究出三維微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的3D激光打印機(jī)。這類的打印機(jī)需要大型而昂貴的激光系統(tǒng)。

電子顯微鏡重建3D納米結(jié)構(gòu)打印的兩步吸收過程(左)和光學(xué)顯微鏡(右)。來源：Professor Rasmus Schr?der, University of Heidelberg, Vincent Hahn,KIT

在激光打印技術(shù)中，一束聚焦的激光束被射向光敏液體。在焦點(diǎn)處，激光打開一個(gè)特殊分子的開關(guān)，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)導(dǎo)致材料的局部硬化。通過移動(dòng)焦點(diǎn)，任何三維微納米結(jié)構(gòu)都可以產(chǎn)生。這種化學(xué)反應(yīng)是基于所謂的雙光子吸收，即兩個(gè)光子同時(shí)激發(fā)分子，從而引起所需的化學(xué)修飾。然而，這種同時(shí)激勵(lì)很少發(fā)生，這就是為什么復(fù)雜的脈沖激光系統(tǒng)必須應(yīng)用，導(dǎo)致激光打印機(jī)的尺寸更大。

激光、激光聚焦和光阻劑的有效非線性。

不過，現(xiàn)在研究有了新突破。德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)和海德堡大學(xué)的研究人員正研究出另一種方法，讓3D打印既便捷又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

他們?cè)O(shè)計(jì)使用一種廉價(jià)、小巧的藍(lán)色激光二極管，因此可以使用更小的打印機(jī)。這項(xiàng)工作發(fā)表在《Nature Photonics》雜志上。

利用雙光子吸收或兩步吸收的三維激光納米打印技術(shù)。

• 更緊湊的3d打印機(jī)，多虧了兩步流程

當(dāng)使用所謂的兩步過程，更緊湊，更小的打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)。首先，第一個(gè)光子將分子轉(zhuǎn)移到中間狀態(tài)。在第二步中，第二個(gè)光子將分子從中間態(tài)轉(zhuǎn)移到期望的激發(fā)態(tài)，并開始化學(xué)反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)是，與雙光子吸收相反，兩個(gè)光子的吸收不一定在同一時(shí)間發(fā)生?！霸谶@個(gè)過程中，可以使用緊湊型和低功率的連續(xù)波激光二極管，”該研究的第一作者，來自KIT的應(yīng)用物理研究所(APH)的Vincent Hahn說。所需的激光功率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的激光指示器。不過印刷需要特定的光刻膠。APH的Martin Wegener教授說:“這些光刻膠的開發(fā)已經(jīng)花了好幾年的時(shí)間，只有與化學(xué)家合作才能實(shí)現(xiàn)?！?/p>

兩步吸收光引發(fā)劑的簡(jiǎn)化能級(jí)模型和速率方程計(jì)算。

Vincent Hahn說:“出版物顯示這個(gè)想法是可行的，甚至比以前使用的雙光子吸收更好?！睂?duì)于Martin Wegener來說，這種優(yōu)勢(shì)是顯而易見的:“用一個(gè)大行李箱那么大的飛秒激光器，花費(fèi)幾萬歐元；用一個(gè)針頭那么大的半導(dǎo)體激光器，花費(fèi)不到10歐元，兩者之間有很大的區(qū)別?，F(xiàn)在，3D激光納米打印機(jī)的其他部件也必須小型化。在我看來，未來幾年，一個(gè)鞋盒大小的設(shè)備將成為現(xiàn)實(shí)。它甚至比我在KIT公司桌上的激光打印機(jī)還要小。”通過這種方式，3D激光納米打印機(jī)可能會(huì)讓很多人負(fù)擔(dān)得起。專家們已經(jīng)在討論3D激光打印技術(shù)的大眾化。

顏色變化:右邊用新型光刻膠印刷的微柱面呈白色，因?yàn)楣庠谄浜Ｃ逘罱Y(jié)構(gòu)中分散，而用常規(guī)光刻膠印刷的柱面呈透明。來源：3DMM2O

來源：Two-step absorption instead of two-photon absorption in 3Dnanoprinting, Nature Photonics (2021). DOI: 10.1038/s41566-021-00906-8

江蘇激光聯(lián)盟陳長軍原創(chuàng)作品！