用于紙張打印的傳統(tǒng)激光打印機(jī)中的激光器非常小。相比之下，迄今為止用于三維微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的3D激光打印機(jī)卻需要大型且昂貴的激光系統(tǒng)。德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院和海德堡大學(xué)的研究人員現(xiàn)在研發(fā)了一種更為緊湊的3D激光納米打印系統(tǒng)，采用了廉價(jià)且小巧的藍(lán)光激光二極管。因此，通過這項(xiàng)技術(shù)有望可以實(shí)現(xiàn)更緊湊的打印機(jī)。這項(xiàng)成果已經(jīng)在近期的《自然·光子學(xué)》上發(fā)表。

目前，激光打印憑借其極高的空間分辨率和打印速度，成為3D打印和增材制造的首選方法。在激光打印的過程中，聚焦的激光束被引導(dǎo)至光敏液體。在焦點(diǎn)處，激光打開特殊分子的“開關(guān)”并觸發(fā)了化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)導(dǎo)致材料的局部硬化。通過移動(dòng)焦點(diǎn)，可以產(chǎn)生任何3D微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)。材料的化學(xué)反應(yīng)基于所謂的雙光子吸收，這意味著兩個(gè)光子同時(shí)激發(fā)分子，從而導(dǎo)致所需的化學(xué)修飾。然而，這種同時(shí)激發(fā)的情況很少發(fā)生，這就是為什么必須應(yīng)用復(fù)雜的脈沖激光系統(tǒng)，從而導(dǎo)致激光打印機(jī)尺寸變得非常大。

左：用2步吸收過程；右：光學(xué)顯微鏡打印的3D納米結(jié)構(gòu)的電子顯微重建。

更緊湊的3D打印機(jī)，得益于兩步流程

當(dāng)使用所謂的兩步過程時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更緊湊、更小型的打印機(jī)。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)移到所需的激發(fā)態(tài)并開始化學(xué)反應(yīng)。這種“二步法”的優(yōu)點(diǎn)是，與雙光子吸收不一樣的是，這時(shí)候兩個(gè)光子的吸收可以不是同時(shí)發(fā)生。“為了達(dá)到這個(gè)效果，使用緊湊的低功率連續(xù)波激光二極管就可以實(shí)現(xiàn)。”卡爾斯魯厄理工學(xué)院應(yīng)用物理研究所研究員Vincent Hahn說。所需的激光功率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的激光指示器。

Vincent Hahn接著談到，這項(xiàng)研究具有開創(chuàng)性。像大手提箱一樣大的飛秒激光器要好幾萬歐元，而像針頭那么大的半導(dǎo)體激光器，其成本不到10歐元，兩者之間相差巨大。未來，3D激光納米打印機(jī)的其他部件也將實(shí)現(xiàn)小型化。一個(gè)鞋盒般大的設(shè)備在未來幾年看起來很有可能成為現(xiàn)實(shí)，最后設(shè)備的大小甚至可以比現(xiàn)在辦公桌上的激光打印機(jī)還要小。體積小、價(jià)格低的3D激光納米打印機(jī)，讓大多數(shù)用戶可以承擔(dān)得起。目前，行業(yè)專家們已經(jīng)在談?wù)?D激光打印的大眾化技術(shù)。

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