En el campo de la fabricación avanzada moderna, con la profundización de la investigación en fotónica, Sistemas microelectromecánicos (microelectromecánicos), biochips y nuevos materiales, la tecnología de procesamiento tradicional ha sido difícil de satisfacer las necesidades de fabricación de alta precisión y alta libertad de estructuras tridimensionales complejas. En este contexto, surgió el sistema de escritura directa láser 3D laser (sistema de escritura directa 3D laser), que se convirtió en una perla brillante en la tecnología de micro y Nano - procesamiento. Es como un "tallador de precisión" invisible, capaz de construir libremente estructuras tridimensionales arbitrarias a escala de micras e incluso nanómetros, y es conocido como una herramienta clave para abrir la futura revolución de la micromabricación.

¿¿ qué es un sistema de escritura directa láser tridimensional?

El sistema de escritura directa láser tridimensional es una tecnología de fabricación aditiva basada en el principio de polimerización óptica no lineal de dos fotones (tpp). A diferencia de los procesos tradicionales de impresión o litografía capa por capa, el sistema utiliza rayos láser femtosegundos ultrarápidos para centrarse en el interior de la resina fotosensible, desencadenando la polimerización de monómeros locales a través del efecto de absorción de dos fotones, logrando una solidificación precisa del espacio tridimensional "punto a punto". Debido a que solo en la zona central del foco láser se puede alcanzar una intensidad de luz lo suficientemente alta como para desencadenar la reacción de polimerización, se puede "escribir" una compleja microestructura tridimensional en cualquier lugar del Interior de la resina líquida sin tocar la superficie del material.

Todo el sistema suele estar compuesto por una fuente láser ultrarrápida (como un láser Femtosegundo de zafiro de titanio), una plataforma de desplazamiento tridimensional de alta precisión, un sistema óptico de enfoque micro, un sistema de control automático y un software CAD / CAM especial, con una resolución de menos de 100 nanómetros, superando con creces los límites de difracción óptica tradicional.

Principio de la tecnología central: "talla invisible" que rompe los límites de la difracción

La esencia de la escritura directa láser tridimensional radica en su mecanismo físico, la absorción de dos fotones. La fotopolimerización ordinaria depende de la absorción de un solo fotón, y una vez que la luz entra en la resina, desencadenará reacciones continuas a lo largo del camino, lo que limita la profundidad y precisión del procesamiento. Por su parte, la absorción de dos fotones requiere que dos fotones sean absorbidos casi simultáneamente por moléculas, una probabilidad extremadamente baja que solo ocurre en el pequeño volumen con la densidad de energía más alta en el foco del láser. Por lo tanto, incluso si el rayo láser pasa por la resina transparente, solo se polimerización en la zona de enfoque, logrando así un verdadero procesamiento tridimensional "a nivel de voxel".

Este método de "solidificación selectiva" permite al sistema crear formas geométricas complejas que no se pueden lograr con procesos tradicionales como estructuras suspendidas, canales espirales, engranajes entrelazados y soportes biónicos, sin necesidad de estructuras de soporte, lo que mejora en gran medida la libertad de diseño.

Ventajas tecnológicas: alta precisión, alta flexibilidad, integración multifuncional:

1. ultra alta resolución: puede lograr tamaños característicos de submicron a 100 nanómetros, adecuados para la investigación de vanguardia como cristales fotónicos, metamateriales y chips microfluídicos;

2. verdadera capacidad de procesamiento tridimensional: no está limitada por la fabricación estratificada, soporta la formación directa de cualquier ángulo y estructura de superficie curva;

3. fuerte compatibilidad de materiales: adecuado para una variedad de fotorresistentes comerciales (como su - 8, resina de la serie ip) y materiales compuestos funcionales (incluidas nanopartículas, puntos cuánticos, etc.);

4. procesamiento sin contacto: evitar daños por estrés mecánico, adecuado para materiales frágiles o blandos;

5. verificación rápida del prototipo: desde el diseño hasta el producto terminado se puede completar en pocas horas, acelerando el ciclo iterativo de investigación científica.

El sistema de escritura directa láser tridimensional ha mostrado un gran potencial en muchos campos de alta tecnología:

óptica y óptica integrada: para la fabricación de cristales fotónicos, guías de onda, conjuntos de microlentes y supersuperficies, impulsando el desarrollo de la próxima generación de tecnologías de comunicación y detección óptica;

Ingeniería biomédica: construcción de stents de tejido biónico, microambiente de cultivo celular, vectores de liberación lenta de medicamentos para ayudar a la investigación de medicina regenerativa;

- microfluídico y LAB - on - A - chip: impresión de microbombas, válvulas, mezcladores y cámaras de detección para lograr un alto grado de integración del "laboratorio de chips";

- micro - robots y microelectromes: fabricación de micro - engranajes, resortes, ejecutores y otros componentes dinámicos para proporcionar una base estructural para el Movimiento de micro - robots;

Aeroespacial y nuevos materiales: desarrollo de estructuras de celosía ligeras y de alta resistencia, componentes de optimización topológica y materiales de respuesta inteligentes.

El sistema de escritura directa láser tridimensional no es solo una tecnología de fabricación de micro y nano, sino también un puente que conecta la imaginación científica con la creación real. Da a los seres humanos la capacidad de "conformarse libremente" en el microcosmos y abre infinitas posibilidades para la Ciencia y la tecnología futuras. A medida que la tecnología siga madurando, este "tallador de precisión" mostrará sus talentos en más campos, continuará promoviendo la integración profunda de la optoelectrónica, las ciencias de la vida y la fabricación inteligente, y escribirá un nuevo capítulo que pertenece a la civilización a escala micro.