紧凑型3D激光纳米打印设备将成为可能

用于纸张打印的传统激光打印机中的激光器非常小。相比之下，迄今为止用于三维微结构和纳米结构的3D激光打印机却需要大型且昂贵的激光系统。德国卡尔斯鲁厄理工学院和海德堡大学的研究人员现在研发了一种更为紧凑的3D激光纳米打印系统，采用了廉价且小巧的蓝光激光二极管。因此，通过这项技术有望可以实现更紧凑的打印机。这项成果已经在近期的《自然·光子学》上发表。

目前，激光打印凭借其极高的空间分辨率和打印速度，成为3D打印和增材制造的首选方法。在激光打印的过程中，聚焦的激光束被引导至光敏液体。在焦点处，激光打开特殊分子的“开关”并触发了化学反应，该反应导致材料的局部硬化。通过移动焦点，可以产生任何3D微结构和纳米结构。材料的化学反应基于所谓的双光子吸收，这意味着两个光子同时激发分子，从而导致所需的化学修饰。然而，这种同时激发的情况很少发生，这就是为什么必须应用复杂的脉冲激光系统，从而导致激光打印机尺寸变得非常大。

左：用2步吸收过程；右：光学显微镜打印的3D纳米结构的电子显微重建。

更紧凑的3D打印机，得益于两步流程

当使用所谓的两步过程时，可以实现更紧凑、更小型的打印机。第一个光子将分子转移到中间状态。在第二步中，第二个光子将分子从中间态转移到所需的激发态并开始化学反应。这种“二步法”的优点是，与双光子吸收不一样的是，这时候两个光子的吸收可以不是同时发生。“为了达到这个效果，使用紧凑的低功率连续波激光二极管就可以实现。”卡尔斯鲁厄理工学院应用物理研究所研究员Vincent Hahn说。所需的激光功率远低于传统的激光指示器。

Vincent Hahn接着谈到，这项研究具有开创性。像大手提箱一样大的飞秒激光器要好几万欧元，而像针头那么大的半导体激光器，其成本不到10欧元，两者之间相差巨大。未来，3D激光纳米打印机的其他部件也将实现小型化。一个鞋盒般大的设备在未来几年看起来很有可能成为现实，最后设备的大小甚至可以比现在办公桌上的激光打印机还要小。体积小、价格低的3D激光纳米打印机，让大多数用户可以承担得起。目前，行业专家们已经在谈论3D激光打印的大众化技术。

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