光片激光微打印工艺加速增材制造

近期，坐落于德法边境的卡尔斯鲁厄理工学院应用物理研究所开发了一种新的3D打印方法，可以使微结构在高分辨率下快速生成。开发人员将其命名为“光片3D激光微打印”（light-sheet 3D laser microprinting），包括双色激光照射和两步吸收的过程，以及使用特定的光敏胶配方。该研究结果已经发表在《自然光子学》上。

根据该项目发表的论文，基于扫描的3D打印非线性光学方法已实现体素体积小于1立方微米，但由于使用飞秒激光，打印速度低、成本却很高。所用的光凝蛋白是另一个因素。对于快速3D打印，材料必须在激光照射后从预激活状态快速返回到原始状态，因为只有这样才能打印下一层。因此，返回时间决定了两个连续层之间的等待间隔和打印速度。

在光片3D 打印中， 红光和蓝光激光用于在微米尺度上精确快速地打印

卡尔斯鲁厄理工学院的Vincent Hahn说：“对于我们使用的树脂，返回时间不到100微秒，这使得打印速度相比以往更快。”但需要特殊的光学布置来利用这一特性。该学院与海德堡大学等合作伙伴共同开发的光片3D激光微打印架构采用了两个连续波激光源：440纳米的蓝光源和660纳米的红光源，后者形成光片方向。

蓝光在与最终所需几何形状相关的特定位置预激活树脂，然后红色激光束在这些位置上提供固化光凝蛋白所需的额外能量。这个项目指出：“在这台打印机中，蓝光激光二极管用于使用高帧速率的高分辨率显示器将图像投射到液体树脂中。红色激光形成一个薄的光片光束，并在树脂中垂直穿过蓝色光束。”

根据该项目的论文，试验中的新平台在0.55立方微米的体素体积下达到了每秒7×106个体素的峰值打印速率。该项目隶属于3D Matter Made To Order（3DMM2O），这是一个由卡尔斯鲁厄理工学院和海德堡大学组成的研究集群，旨在开发新型3D增材制造技术。该集群先前的工作是组成“Nanoscribe”，专注于研发高分辨率3D打印机和无掩膜光刻系统。

在2021年，Nanoscribe成为生命科学公司Cellink的一部分，使Cellink成为生命科学行业唯一具有内部双光子聚合增材制造能力的公司。之后，Cellink更名为Bico集团。应用物理研究所和3DMM2O的Martin Wegener表示，现在可以通过使用新的树脂配方进一步优化新的微打印平台。

“有了更灵敏的树脂，我们甚至可以在3D打印机中使用LED代替激光，”Wegener谈到，“最终，我们希望打印厘米级别大小的3D结构，同时保持微米分辨率和较高的打印速度。”

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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