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用于紙張打印的傳統(tǒng)激光打印機(jī)中的激光器非常小。相比之下，迄今為止用于三維微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的3D激光打印機(jī)卻需要大型且昂貴的激光系統(tǒng)。

近日，德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院和海德堡大學(xué)的研究人員，研發(fā)了一種更為緊湊的3D激光納米打印系統(tǒng)，采用了廉價(jià)且小巧的藍(lán)光激光二極管。因此，通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)有望可以實(shí)現(xiàn)更緊湊的打印機(jī)。這項(xiàng)成果已經(jīng)在近期的Nature Photonics專業(yè)期刊上發(fā)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(guò)程中，聚焦的激光束被引導(dǎo)至光敏液體。在焦點(diǎn)處，激光打開特殊分子的“開關(guān)”并觸發(fā)了化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)導(dǎo)致材料的局部硬化。

通過(guò)移動(dòng)焦點(diǎn)，可以產(chǎn)生任何3D微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)。材料的化學(xué)反應(yīng)基于所謂的雙光子吸收，這意味著兩個(gè)光子同時(shí)激發(fā)分子，從而導(dǎo)致所需的化學(xué)修飾。然而，這種同時(shí)激發(fā)的情況很少發(fā)生，這就是為什么必須應(yīng)用復(fù)雜的脈沖激光系統(tǒng)，從而導(dǎo)致激光打印機(jī)尺寸變得非常大。

■用兩步吸收過(guò)程（左）和光學(xué)顯微鏡（右）打印的3D納米結(jié)構(gòu)的電子顯微重建。（來(lái)源：Rasmus Schr?der教授，海德堡大學(xué)）

更緊湊的3D打印機(jī)，得益于兩步流程

當(dāng)使用所謂的兩步過(guò)程時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更緊湊、更小型的打印機(jī)。第一個(gè)光子將分子轉(zhuǎn)移到中間狀態(tài)。在第二步中，第二個(gè)光子將分子從中間態(tài)轉(zhuǎn)移到所需的激發(fā)態(tài)并開始化學(xué)反應(yīng)。這種“二步法”的優(yōu)點(diǎn)是，與雙光子吸收不一樣的是，這時(shí)候兩個(gè)光子的吸收可以不是同時(shí)發(fā)生。

“為了達(dá)到這個(gè)效果，使用緊湊的低功率連續(xù)波激光二極管就可以實(shí)現(xiàn)?！笨査刽敹蚶砉W(xué)院應(yīng)用物理研究所研究員Vincent Hahn說(shuō)。所需的激光功率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的激光指示器。Vincent Hahn接著談到，這項(xiàng)研究具有開創(chuàng)性。像大手提箱一樣大的飛秒激光器要好幾萬(wàn)歐元，而像針頭那么大的半導(dǎo)體激光器，其成本不到10歐元，兩者之間相差巨大。未來(lái)，3D激光納米打印機(jī)的其他部件也將實(shí)現(xiàn)小型化。

一個(gè)鞋盒般大的設(shè)備在未來(lái)幾年看起來(lái)很有可能成為現(xiàn)實(shí)，最后設(shè)備的大小甚至可以比現(xiàn)在辦公桌上的激光打印機(jī)還要小。體積小、價(jià)格低的3D激光納米打印機(jī)，讓大多數(shù)用戶可以承擔(dān)得起。目前，行業(yè)專家們已經(jīng)在談?wù)?D激光打印的大眾化技術(shù)。