用于紙張打印的傳統激光打印機中的激光器非常小。相比之下，迄今為止用于三維微結構和納米結構的3D激光打印機卻需要大型且昂貴的激光系統。
近日，德國卡爾斯魯厄理工學院和海德堡大學的研究人員，研發了一種更為緊湊的3D激光納米打印系統，采用了廉價且小巧的藍光激光二極管。因此，通過這項技術有望可以實現更緊湊的打印機。這項成果已經在近期的Nature Photonics專業期刊上發表。
目前，激光打印憑借其極高的空間分辨率和打印速度，成為3D打印和增材制造的首選方法。在激光打印的過程中，聚焦的激光束被引導至光敏液體。在焦點處，激光打開特殊分子的“開關”并觸發了化學反應，該反應導致材料的局部硬化。
通過移動焦點，可以產生任何3D微結構和納米結構。材料的化學反應基于所謂的雙光子吸收，這意味著兩個光子同時激發分子，從而導致所需的化學修飾。然而，這種同時激發的情況很少發生，這就是為什么必須應用復雜的脈沖激光系統，從而導致激光打印機尺寸變得非常大。
■用兩步吸收過程（左）和光學顯微鏡（右）打印的3D納米結構的電子顯微重建。（來源：Rasmus Schr?der教授，海德堡大學）
更緊湊的3D打印機，得益于兩步流程
當使用所謂的兩步過程時，可以實現更緊湊、更小型的打印機。第一個光子將分子轉移到中間狀態。在第二步中，第二個光子將分子從中間態轉移到所需的激發態并開始化學反應。這種“二步法”的優點是，與雙光子吸收不一樣的是，這時候兩個光子的吸收可以不是同時發生。
“為了達到這個效果，使用緊湊的低功率連續波激光二極管就可以實現。”卡爾斯魯厄理工學院應用物理研究所研究員Vincent Hahn說。所需的激光功率遠低于傳統的激光指示器。Vincent Hahn接著談到，這項研究具有開創性。像大手提箱一樣大的飛秒激光器要好幾萬歐元，而像針頭那么大的半導體激光器，其成本不到10歐元，兩者之間相差巨大。未來，3D激光納米打印機的其他部件也將實現小型化。
一個鞋盒般大的設備在未來幾年看起來很有可能成為現實，最后設備的大小甚至可以比現在辦公桌上的激光打印機還要小。體積小、價格低的3D激光納米打印機，讓大多數用戶可以承擔得起。目前，行業專家們已經在談論3D激光打印的大眾化技術。
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