En ny tvåfotonpolymerisationsteknik har utvecklats av forskare vid Purdue University i USA. Denna teknik kombinerar på ett smart sätt två lasrar, med hjälp av 3D-utskriftsteknik, i fallet med femtosekundlasereffekt reducerad med 50 procent, skriver ut en komplex högupplöst 3D-struktur. Det hjälper till att sänka kostnaderna för högupplösta 3D-utskriftsprocesser, vilket ytterligare utökar tillämpningsområdet. Forskningsartikeln publiceras i det senaste numret av tidskriften Optics Express.
Tvåfotonpolymerisation är en avancerad additiv tillverkningsteknik som fokuserar på användningen av femtosekundlasrar för att skriva ut material i exakt 3D. Även om tekniken är utmärkt för att skapa högupplösta mikrostrukturer, har dess höga kostnad varit en vägspärr för dess utbredda användning.
Mot bakgrund av detta kombinerade teamet kreativt en relativt billig laser som avger synligt ljus med en femtosekundlaser som avger infraröda pulser, vilket minskade femtosekundlasereffekten med 50 procent. Detta innovativa tillvägagångssätt minskar effektivt kostnaden för att skriva ut enskilda delar.
Den nya metoden kombinerar enkelfotonabsorptionen hos en 532-nanometer nanosekundlaser med tvåfotonabsorptionsmetoden hos en 800-nanometer femtosekundlaser. För att uppnå den optimala balansen mellan de två laserutskrifterna, konstruerade teamet också en ny matematisk modell för att få en djupare förståelse av de fotokemiska processerna som är involverade och för att exakt beräkna de synergistiska effekterna av två-foton- och en-foton-excitationsprocesserna, vilket säkerställer att idealiska utskriftsresultat fortfarande kan uppnås vid lägre femtosekundlasereffekter.
Experimentella resultat visar att för 2D-strukturer minskar den nya metoden kraften som krävs av femtosekundlasern med 80 procent; för 3D-strukturer minskas den med cirka 50 procent.
Teamet sa att den högupplösta 3D-utskriftstekniken har breda tillämpningsmöjligheter, inklusive men inte begränsat till tillverkning av elektroniska 3D-enheter, utveckling av mikrorobotar inom det biomedicinska området och konstruktion av 3D-strukturer eller ställningar för vävnadsteknik .
Femtosekundlaser 3D-utskrift, kort sagt, är en fotokemisk reaktion som sker i en mycket liten volym för att bygga fina 3D-strukturer. Det är en mycket banbrytande teknik inom modern additiv tillverkning, men den har begränsningar när det gäller utskriftshastighet och effektbudget. Nu har teamet passerat kostnadsbarriären genom att skriva ut högupplösta strukturer med halva effekten. Mest värdefullt av allt, denna nya teknik kan också enkelt integreras i befintliga femtosekundlaser 3D-utskriftssystem, vilket leder till snabbare realisering av tillämpningar inom biomedicin, mikrorobotik, mikrooptik och många andra områden.
