2光子3Dプリントシステムにより、高精度の物体を迅速に製造することが可能

出典: レーザー製造ネットワーク

最近、ドイツのカールスルーエ工科大学が開発した新しい2光子システムは、サブマイクロメートルの細部を備えたセンチメートル規模の物体を生成できると理解されています。 3D プリンティングは過去 10 年間で大きく進歩しましたが、まだ発展途上にある領域が、ミクロンスケールのオブジェクトを迅速かつ正確に印刷する機能です。

この分野を前進させるため、ドイツのカールスルーエ工科大学（KIT）の研究者らは、現在の標準を上回る速度で、サブマイクロメートルの細部まで精確なセンチメートル規模の物体を迅速に製造できるという新しいシステムを開発した。世界記録。研究チームは、コンピューター制御でレーザー光線を液体フォトレジストに通す2光子印刷システムを開発した。このプロセスでは、レーザー焦点内にある材料のみが露出され、硬化されます。

これまで、このタイプの印刷はレーザードットを1つだけスキャンするため遅いと考えられていたが、チームはプロセスと技術を微調整することでこの誤解を払拭することに成功したと、このプロジェクトに携わるKIT研究者のヴィンセント・ハーン氏がデザインニュースに語った。「1 秒あたりに印刷されるボクセル数で言えば、2 光子印刷は投影ベースの方法に比べて非常に高速です」と彼は語る。カールスルーエ工科大学 (KIT) の研究者は、驚異的な速度で動作する精密 3D プリンターを開発した。新しいシステムで印刷されたメタマテリアルは、マイクロメートル規模の複雑な 3D 格子構造で構成されています。

パラレルレーザー<br /> 通常、このタイプの印刷では、単一のレーザースポットを使用して 1 秒あたり数十万のボクセルを印刷できます。それでも、その速度はグラフィックインクジェットプリンターの約100倍遅く、この技術の広範な使用を妨げています。科学者の中には、レーザースポット処理を「並列化」して複数のスポットをスキャンし、処理速度と効率を高めようと試みた者もいるが、これまでのところ、こうした技術は実際には1秒あたりのボクセルの印刷速度を低下させているとハーン氏は語った。

KITチームは、オーストラリアのブリスベンにあるクイーンズランド工科大学（QUT）の科学者と共同で、特殊な光学系を使用してレーザービームをそれぞれ焦点を持つ9つの部分ビームに分割する新しいシステムを開発した。

ハーン氏は、このセットアップによりすべてのビームレットが連携して動作できるようになり、他の技術的改善と組み合わせることで、このタイプの 3D 印刷プロセスではビームレットがこれまでよりも正確かつ迅速に動作できるようになったと述べた。「この課題は、複数のレーザースポットを印刷し、高いレーザースキャン速度を維持できる高度に最適化されたセットアップを構築することで解決されました」と彼は説明した。「セットアップを構築する際、光路でレーザーパワーをあまり失わないことが非常に重要でした。」

スピードと正確さ<br /> 研究者らは、プリンター内のレーザースキャナーを水冷し、フィールドプログラマブルゲートアレイ技術を使用して制御し、その性能を最適化することにも成功した。研究チームはこの技術により、毎秒約1000万ピクセルの3Dプリント速度を達成し、グラフィックインクジェットプリンターと同等の性能を実現したという。研究者らは、その研究に関する論文を「Advanced Functional Materials」誌に発表した。

チームは、スピードだけでなく技術の信頼性も実証するために、マイクロメートルレベルまで詳細に仕上げた 60 立方ミリメートルサイズのグリッド構造を印刷しました。オブジェクトには 3000 億を超えるボクセルが含まれています。研究者らは、レーザー印刷プロセス中に焦点をさらに追加する技術を改良するための研究を継続する予定です。

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