Multimateriale, multi-foton 3D laser mikro- og nanoprint

Multi-foton tilgange giver udskrivningshastigheder på op til omkring ti millioner voxels i sekundet. Multi-foton-baseret 3D nærmer sig strukturmateriale med en opløsning, der nærmer sig sub-mikrometer og nanometer funktionsstørrelser. En sådan rumlig opløsning er afgørende for mange applikationer inden for fotonik og elektronik og er utilgængelig for de fleste andre 3D additive fremstillingsmetoder.

Imidlertid, langt størstedelen af ​​3D-printede objekter og enheder lavet efter disse linjer har kun været sammensat af et enkelt polymert materiale. Multi-materiale arkitekturer er meget mindre undersøgt end enkelt-materiale arkitekturer, endnu, de fleste virkelige systemer (mikroskopiske og makroskopiske, biologiske og kunstige) indeholder et stort antal forskellige materialer med vidt forskellige optiske, mekanisk, termisk, og elektroniske egenskaber.

I et nyt blad udgivet i Lys:Avanceret fremstilling , et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Martin Wegener fra Institut for Anvendt Fysik, Karlsruhe Teknologiske Institut, Tyskland og kolleger har gennemgået tilgange og resultater vedrørende multi-materiale multi-foton mikro/nano-print. Eksisterende materialer, der kan fungere som et arbejdssæt af primære materialer, afsluttes først. I andet trin, behandling af uens primære materialer inden for 3D-printede strukturer ved hjælp af en enkelt værktøjsmaskine diskuteres. Tilsvarende litteratur er opdelt i to veje.

I den første allé, forskellige fotoresists - modstykkerne til de farvede blæk - kombineres for at fremstille en målrettet multi-materiale 3D-struktur. Indtil nu, denne kombination er blevet opnået ved mellemliggende manuelle behandlingstrin, men automatiserede multi-foton multi-materiale 3D-printsystemer er i hastig udvikling.

I den anden allé, en enkelt fotoresist leverer 3D-printet materiale med forskellige egenskaber. Der er ingen direkte analog i grafisk 2D-print. Den underliggende idé er at påtvinge en stimulus under 3D-printprocessen af ​​hver voxel, påvirke blækkets fotoreaktion, sådan at de fremkommende materialeegenskaber kan varieres lokalt og deterministisk i 3D.

"Naturen forløber ret ens. Den opnår en lang række forskellige effektive materialeegenskaber i dyr og planter ved at bygge på mikrometer- og nanometerskala ved kun at bruge et begrænset antal byggeklodser, baseret på polysaccharider, proteiner, og mineraler.16 Udskrivning af skræddersyede 3D-mikrostrukturer resulterer i kunstige kompositter, med effektiv optisk, mekanisk, termisk, og elektroniske egenskaber, der kan være kvalitativt dramatisk adskilt fra bestanddelenes. Hvad angår dithering i 2D, det er nøglen, at de karakteristiske egenskabsstørrelser er tilstrækkelig små til, at observatøren ikke bemærker dem og snarere oplever et effektivt homogent kontinuum," siger forfatterne.

"Med hensyn til primære materialer, feltet viser stadig mangler med hensyn til elektrisk ledende, halvledende, metallisk, og stimuli-responsive ingredienser, " forklarer forskerne.