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皓天鑫
【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】日前，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室找到一種改進(jìn)雙光子光刻的納米級(jí)3D打印技術(shù)，可以幫助醫(yī)生進(jìn)行X射線CT掃描，分析人體內(nèi)的3D打印植入物。研究人員相信3D打印過程將有一天會(huì)被用來生產(chǎn)關(guān)鍵部件。
聚焦納米級(jí)3D打印 美發(fā)現(xiàn)改進(jìn)雙光子光刻新方法
近日，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的研究人員已經(jīng)找到了一種改進(jìn)雙光子光刻(TPL)的方法，這是一種納米級(jí)3D打印技術(shù)。這項(xiàng)研究可以幫助醫(yī)生進(jìn)行X射線CT掃描，分析人體內(nèi)的3D打印植入物。
與大多數(shù)激光3D打印技術(shù)不同，其分辨率受3D打印機(jī)激光點(diǎn)的大小限制，雙光子光刻技術(shù)可將打印分辨率降至低。這是因?yàn)門PL使用光致抗蝕劑材料，其同時(shí)吸收兩個(gè)光子而不是一個(gè)光子。
LLNL的研究人員近通過對(duì)3D打印過程中使用的抗蝕劑材料進(jìn)行研究，并有了一些重要的發(fā)現(xiàn)，找到了大幅度拓寬TPL功能的方法。他們的發(fā)現(xiàn)是將整個(gè)過程顛倒過來-將抗蝕劑材料直接應(yīng)用到鏡頭上，并將3D打印機(jī)的激光器通過抗蝕劑進(jìn)行聚焦，可以打印出尺寸小于150納米但高度仍為幾毫米的三維微結(jié)構(gòu)。
LLNL研究員James Oakdale說：“在本文中，我們解開了在雙光子光刻系統(tǒng)上定制材料而不會(huì)失去分辨率的秘密。”
但這只是LLNL團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目的開始。研究人員還發(fā)現(xiàn)，除了通過翻轉(zhuǎn)部分3D打印系統(tǒng)大幅提高TPL的分辨率之外，他們還可以將3D打印過程中使用的光敏聚合物抗蝕劑的衰減提高10倍以上，增加(或減少)抗蝕劑能夠吸收的X射線。
這是通過“折射率匹配”使得抗蝕劑材料的折射率與透鏡的浸入介質(zhì)匹配成為可能，從而允許3D打印機(jī)的激光以小的干擾通過。通過部署這種指數(shù)匹配技術(shù)，LLNL團(tuán)隊(duì)表示，TPL終可用于3D打印更大的部件，且具有小至100納米的特征。
由于科學(xué)家們一直在尋找3D打印部件的佳方法，而且要求分辨率非常好，尺寸足夠大，功能性增加，這對(duì)于TPL拓展范圍可能會(huì)有很大的實(shí)際意義。
該論文的作者Sourabh Saha說：“大多數(shù)希望使用雙光子光刻來打印功能性三維結(jié)構(gòu)的研究人員需要高于100微米的部件，通過這些匹配的抗蝕劑，您可以打印符合您要求高度的結(jié)構(gòu)。”
Saha承認(rèn)，的限制就是TPL流程的速度。但是現(xiàn)在研究人員已經(jīng)掌握了如何修改和改進(jìn)這個(gè)過程，他們有信心能夠“診斷和改進(jìn)”這個(gè)過程。
對(duì)于LLNL研究人員來說，新調(diào)整的抗蝕劑X射線吸收能力還有另一個(gè)重要的連鎖效應(yīng)。通過制作吸收更多X射線的3D打印物體，研究人員理論上可以制作3D打印植入物，使用外部X射線CT掃描儀或其他成像設(shè)備可以更容易地檢查在人類身體中的3D打印植入物。
由于3D打印植入物的調(diào)諧特性使其對(duì)CT掃描儀高度可見，因此醫(yī)生不需要移除這種植入物以查看是否具有例如內(nèi)部缺陷等問題。
這些可調(diào)諧材料也有藥用之外的用途。研究人員說，優(yōu)化的TPL過程可用于建立(然后檢查)國家點(diǎn)火設(shè)施目標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，LLNL的大型激光慣性約束聚變(ICF)研究裝置，可用于實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火。
該過程的其他用途可以包括光學(xué)和機(jī)械超材料的3D打印和3D打印電化學(xué)電池。
但是，現(xiàn)在的重點(diǎn)是通過并行化來加快打印過程，終實(shí)現(xiàn)更小的功能和更高的功能。研究人員相信3D打印過程將有一天會(huì)被用來生產(chǎn)關(guān)鍵部件。
Saha說：“這是我們解決的難題中的一小部分，但是我們現(xiàn)在更有信心開始在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究。我們?cè)谠絹碓酱蟮慕Y(jié)構(gòu)中推動(dòng)越來越小的特征，使我們更接近世界其他地方正在進(jìn)行的科學(xué)研究的前沿。而在應(yīng)用方面，我們正在開發(fā)新的實(shí)用打印方式。”
據(jù)悉，該創(chuàng)新研究的結(jié)果已于近發(fā)表在“ACS應(yīng)用材料和接口”雜志上。
(原標(biāo)題：LLNL開發(fā)出改進(jìn)雙光子光刻(TPL)的新方法，可對(duì)3D打印植入物進(jìn)行X射線掃描！)
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