ガラスセラミックス製造のための2光子重合技術

寄稿者: レン・フイ、リウ・ヤシオン

2光子重合（TPP）技術は、その超高精度加工によりマイクロナノ構造の積層造形が可能です。加工原理を図1に示します。フェムト秒レーザーは、PS1とPS2の2段階のパワー減衰を経て、光源パワーの精密な制御を実現し、光路システムを通してフィルタリングと拡大が行われ、最終的に開口数の大きい対物レンズObjを通過して光硬化性材料を製造します。同時に、サンプルは赤色 LED で照らされ、CMOS カメラで製造プロセスをリアルタイムで監視できるようになります。従来の単一光子重合は光が通過する場所であればどこでも起こりますが、2 光子重合では化合物が 2 つの光子を同時に吸収する必要があります。重合反応は光が非常に強い場所でのみ起こり、通常は光線を集中させる必要があります。したがって、2 光子重合は点重合です。

図1 2光子技術の原理の模式図 SZ2080は新しいタイプの有機無機基ポリマー材料です。リトアニアのビリニュス大学のLinasら[1]は、TPP技術を使用してこの材料に関する関連研究を実施しました。純粋な SZ2080 材料は光開始剤なしで光硬化できることがわかったため、研究チームは、異なるレーザー出力とスキャン速度で同じモデルを製造することにより、純粋な SZ2080 を製造し、1wt% の光開始剤 369 を追加する TPP プロセスのプロセスウィンドウを決定しました。図 2 に示すように、緑、黄色、赤のワイヤーフレームは、それぞれ、モデルのフィーチャが適切に形成されている、形成が不十分である、形成がほぼ不可能であることを示しています。

図 2 レーザー出力とスキャン速度がモデル形成に与える影響 SZ2080 にはシリコンとジルコニウムの無機基が含まれているため、図 3 に示すように、焼結によってガラスセラミックブラケットを得ることができます。さらに、この材料はTPP技術の製造に使用できるシリコン、ジルコニウム、ゲルマニウムなどを含む一連の原材料を開発しており、そのため、リナス氏らは、この材料がバイオセラミックインプラントスキャフォールドにおいて幅広い可能性を秘めていると考えています。しかし、2光子技術は処理が遅く、成形サイズが小さいという問題があるため[2]、現在、2光子技術はバイオメディカル材料の加工において大きく制限されており、関連研究は組織工学のマイクロナノ構造の研究に限られています。

図3 焼結前後のSZ2080ステントの寸法比較参考文献:
Jonušauskas L、Gailevičius D、Mikoliūnaitė L、他「超高速レーザーリソグラフィーによる光学的に透明で弾力性のある自由形状μ-光学系3Dプリント[J]」。Materials、2017、10(1):12。

出典：寄稿者：Ren Hui Liu Yaxiong 寄稿者：機械製造システム工学国家重点研究室

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