В области современного передового производства, при непрерывном углублении фотоники, микромеханических и электрических систем (MEMS), биологических чипов и исследований новых материалов, традиционные технологии обработки не могут удовлетворить спрос на высокоточное и высокое качество производства сложных трехмерных микроструктур. На этом фоне появилась трехмерная лазерная система прямой записи (3D Laser Direct Writing System), которая стала яркой жемчужиной в технологии микронанообработки. Он похож на невидимого « прецизионного скульптора», способного свободно создавать любые трехмерные структуры в микронных или даже нанометровых масштабах, и считается ключевым инструментом для начала будущей революции микропроизводства.

Что такое трехмерная лазерная система прямой записи?

Трехмерная лазерная система прямой записи - это технология аддитивного производства, основанная на принципе нелинейной оптической двухфотонной полимеризации (Two - Photon Polymerization, TPP). В отличие от традиционного процесса многослойной печати или фотолитографии, система использует сверхбыстрый фемтосекундный лазерный луч, чтобы сосредоточиться внутри фоточувствительной смолы, вызывая местную мономерную полимеризацию через эффект поглощения двойных фотонов для достижения трехмерного пространственного точного затвердевания « точка - точка». Поскольку достаточно высокая сила света может быть достигнута только в центре фокуса лазера, чтобы вызвать реакцию полимеризации, сложные стереомикроструктуры могут быть « написаны» в любом месте внутри жидкой смолы без контакта с поверхностью материала.

Вся система обычно состоит из сверхбыстрых лазерных источников (например, титановых сапфировых фемтосекундных лазеров), высокоточных платформ для трехмерного смещения, микрофокусных оптических систем, систем автоматического управления и специального программного обеспечения CAD / CAM с разрешением до 100 нм, что намного превышает традиционный оптический дифракционный предел.

Основные технические принципы: « невидимая резьба», которая преодолевает дифракционный предел

Суть трехмерного лазерного прямого письма заключается в его физическом механизме - поглощении двойных фотонов. Обычная фотонная полимеризация зависит от поглощения одиночных фотонов, и как только свет попадает в смолу, он вызывает непрерывную реакцию вдоль пути, ограничивая глубину и точность обработки. Двойное поглощение фотонов требует, чтобы два фотона поглощались молекулами почти одновременно, что с очень низкой вероятностью происходит только в крошечных объемах с самой высокой плотностью энергии в фокусе лазера. Таким образом, даже если лазерный луч проходит сквозь прозрачную смолу, полимеризация происходит только в фокусной области, что обеспечивает реальную трехмерную обработку « соматического класса».

Этот метод « селективного отверждения» позволяет системе создавать сложные геометрические формы, которые не могут быть достигнуты традиционными процессами, такими как подвесная структура, спиральный канал, взаимная шестерня и бионическая опора, и не требуют опорной структуры, что значительно повышает свободу проектирования.

Технические преимущества: высокая точность, высокая гибкость, многофункциональная интеграция:

1. Сверхвысокое разрешение: может достигать характерных размеров от субмикрон до 100 нанометров, подходит для передовых исследований, таких как фотонные кристаллы, метаматериалы и микрочипы с управлением потоком;

2. Реальная трехмерная мощность обработки: без ограничений на стратифицированное производство, поддержка прямого формования под любым углом и криволинейной структурой;

3. Высокая совместимость материалов: подходит для различных коммерческих фоторезистов (например, SU - 8, смолы серии IP) и функциональных композитов (содержащих наночастицы, квантовые точки и т.д.);

Бесконтактная обработка: избегайте повреждений от механических напряжений, подходит для хрупких или мягких материалов;

5. Быстрая проверка прототипов: от проектирования до готовой продукции может быть завершена в течение нескольких часов, ускоряя цикл итерации научных исследований.

Трехмерная лазерная система прямой записи продемонстрировала огромный потенциал в нескольких высокотехнологичных областях:

- Фотоника и интегрированная оптика: используется для производства фотонных кристаллов, волноводов, микролинзовых массивов и суперповерхностей, что способствует развитию следующего поколения оптических коммуникационных и сенсорных технологий;

- биомедицинская инженерия: создание бионических стентов тканей, микросреды для культивирования клеток, переносчиков с замедленным высвобождением лекарств, содействие исследованиям в области регенеративной медицины;

- Микроуправление потоком и Lab - on - a - Chip: печать микронасосов, клапанов, смесителей и контрольных камер для достижения высокой степени интеграции в « лабораторию чипов»;

- Микророботы и MEMS: производство динамических компонентов, таких как микрошестерни, пружины, приводы и т.д., которые обеспечивают структурную основу для движения микророботов;

- Аэрокосмическая промышленность и новые материалы: разработка легких высокопрочных решетчатых конструкций, элементов топологической оптимизации и интеллектуальных откликов.

Трехмерная лазерная система прямой записи - это не только технология микронанопроизводства, но и мост, соединяющий научное воображение с созданием реальности. Это дает человечеству возможность « свободно формироваться » в микромире и открывает неограниченные возможности для будущих технологий. По мере того, как технология продолжает созревать, этот « прецизионный скульптор» будет демонстрировать свой талант во многих областях и продолжать продвигать глубокую интеграцию фотоэлектроники, наук о жизни и интеллектуального производства, чтобы написать новую главу, принадлежащую цивилизации микромасштаба.