2022年10月13日，卡尔斯鲁厄理工学院Vincent Hahn等在《Nature Photonics》 ( IF 39.728 ) 上发表题为Light-sheet 3D microprinting via two-colour two-step absorption（通过双色两步吸收进行光片 3D 微打印）的研究论文，该研究报道了一种称之为光片3D激光显微打印的打印方法，该方法结合了图像投影和基于双色两步吸收的AND型光学非线性。
原文链接：
//doi.org/10.1038/s41566-022-01081-0
文章简介
聚合物的高速高分辨率3D打印在许多应用中是非常可取的，但在技术上仍然具有挑战性。如今，基于光学的打印技术处于领先地位。基于投影的线性光学方法已经实现了大约10°体素s-1的高打印率，尽管体素体积为>100 μm3。基于扫描的非线性光学方法已经实现了< 1μm3的体素体积，但打印速度低，或由于需要飞秒激光器而成本高。本研究展示了一种称之为光片3D激光显微打印的打印方法。它结合了图像投影和基于双色两步吸收的AND型光学非线性。下垫光树脂由2,3-丁二酮作为光引发剂，(2,2,6,6-四甲基哌啶1-基)氧基作为清道夫，二季戊四醇六丙烯酸酯作为多功能单体组成。采用440 nm波长的连续波激光二极管进行投影，660 nm波长的连续波激光用于光片，在0.55 μm的体素体积下，实现了7 x 106体素s-1的峰值打印速率。
研究背景
三维(3D)增材制造的目标是制造复杂的3D(聚合物)零件，比成熟的技术(例如注塑)更灵活，精度更高，速度更快，成本更经济。今天，3d打印已经更加灵活，因为不需要铸件。虽然铸造的铣削已经达到微米精度，成型和减法制造过程对制造的几何形状施加了3D打印所没有的限制。此外，3D打印早就达到了亚微米级，这在其他情况下是不容易实现的。然而，在注射成型中，每个零件的制造时间约为几秒钟。目前的3D打印机速度要慢得多，这种速度缓慢显然与较高的制造成本有关，这使得3D打印速度的提高成为3D增材制造领域的一个主要挑战。
研究内容解读
本研究演示了轻薄板3D微型打印，体素体积为0.55 μm3，峰值体素打印速率为7 x 106体素s-1。这一重大进展是由一种合适的光引发剂系统实现的，该系统由双色两步引发剂双乙酰和TEMPO(同时充当猝灭剂和清除剂)组成。对潜在机制进行了深入分析，包括聚合过程的速率模型分析。我们已经展示了该光引发器系统的3D打印功能，使用专用的光片3D打印设置，包含红色和蓝色连续波激光源。此外，3D打印工作在几分之一秒内就完成了。使用光片3D打印，每个零件的打印时间现在已经接近传统的注塑制造时间。然而，对于3D轻薄板微缩打印的广泛应用，有三个方面需要进一步改进。首先，目前样品制作的总时间主要是样品处理，即打印设置、样品运输和显影。这些步骤可以自动化，例如，通过使用微流体*2，或通过自动将样品浸入液体容器中。其次，这里介绍的光树脂限制了总暴露体积。长时间印刷后，焦外区域由于邻近效应而聚合。这种积累或损耗效应可以通过使用进一步改进的光树脂配方来抑制。从本文给出的速率模型分析中可以推导出优化的方向。第三，红色固态激光器可以被廉价的高功率激光二极管所取代，就像蓝色激光器已经实现的那样。与FP-TPL中使用的放大飞秒脉冲激光器相比，本研究中使用的连续波激光器已经便宜得多，操作也容易得多。在这方面，非常需要研制灵敏度提高的双色两步光引发剂，并将其调到易于获得的激光波长。潜在的逻辑和类型功能并不局限于轻薄板3D打印，但也可以与CAL-7相结合，其双色投影系统最近被演示用于多材料3D打印。相关的CAL设置可以用来同时暴露光树脂使用双色两步吸收，两种颜色从不同的方向撞击，从而减少接近效应和体素大小。
图1两步吸收光引发的薄板3D打印。
图2 含双乙酰光树脂的双色点扫描聚合阈值实验。
图3 轻型3D打印设置。
图4 悬空线作为3D打印体素大小基准。
图5 飞行片3D打印微型物体的斜视扫描电镜图像。
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