研究者らは、印刷速度を10倍に高める多光子焦点3Dレーザー印刷技術を開発

研究者らは、印刷速度を10倍に高める多光子焦点3Dレーザー印刷技術を開発
この投稿は warrior bear によって 2024-4-11 21:16 に最後に編集されました。

2024年4月11日、Antarctic Bearは、カールスルーエ工科大学(KIT)とハイデルベルク大学の科学者が多光子焦点3Dレーザー印刷技術を開発し、複雑な3D印刷のペースを加速させたことを知りました。高精度なディテールを維持しながら、印刷速度を 10 倍に向上します。
この研究は、「3Dプリントされた回折光学素子と3Dプリントされたマルチレンズアレイに基づくマルチ光子(7×7)焦点3Dレーザープリンター」という論文で、Light: Advanced Manufacturing誌に掲載されました。

関連論文リンク: https://www.light-am.com/article/doi/10.37188/lam.2024.003
多光子3Dレーザーマイクロナノプリンティング技術は成熟し、広く使用されている技術となっていますが、課題は、印刷速度をさらに向上させ、空間解像度を高め、より多くの材料を提供し、コストとサイズを大幅に削減しながら技術を普及させることです。
ここで研究者らは、新世代の多光子多焦点フェムト秒レーザーをベースにしたデバイスを使用して、印刷速度、つまり 1 秒あたりに印刷できるボクセルの数を大幅に向上させました。ボクセルとは、そのサイズが 2 光子スパロー基準、つまり光学回折限界によって規定される 2 つの離れたボクセル間の最小距離を満たすものを指します。自由空間波長が 800 ナノメートル、開口数が 1.4 の場合、この限界は自由空間波長の約 4 分の 1 の 200 ナノメートルとなり、横方向では約 2.5 倍の 500 ナノメートルになります。これらの 2 光子 Sparrow 標準の数値は、焦点における強度プロファイルの半値全幅 (FWHM) とほぼ等しくなります。
図 1: マルチフォーカス印刷のためのさまざまなビーム分割方法の概要。図 2: 光学システムのスキームとフォーカス品質。低分散ビーム分割による光学システムスキーム図 3 ビーム分割用マイクロ光学部品の製造図 4 3D プリントされたマイクロ光学部品の分析図 5 回折光学素子 (DOE) 焦点アレイの光学分析図 6 多光子多焦点 3D プリントを使用して製造された呼吸器系薬物送達用キャリア粒子図 7 77 × 77 × 171 = 1,013,859 個のユニットセルを含む大型キラルスピンメタマテリアルの多光子多焦点 3D プリント図 8 ピーク印刷速度とボクセルサイズに基づくさまざまな 3D 印刷技術の比較。この論文で提案されている次世代の多光子多焦点3Dプリンティングは、10^12ボクセル/秒の印刷速度閾値を超え、計算された回折限界ボクセルサイズは約350 nmである。
研究者らは、レーザービームと特別に設計された光学部品の戦略的な配置を通じて、最適な焦点合わせと電力供給を確保しました。この高度なシステムにより、印刷可能な材料の範囲が広がり、印刷プロセスが高速化され、パーソナライズ医療やマイクロテクノロジーへの応用が期待されています。
論文では、研究者らはこの技術の応用例として、(i) 医薬品への応用が期待される数十平方センチメートルの基板を埋め尽くす数百万個のカスタマイズされた3D微粒子アレイ、および(ii) 1.7×10^12を超えるボクセルを含む大容量の機械的メタマテリアルの2つを紹介しており、ボクセル数の最大記録を樹立しています。さらに、基本的なコンポーネントは市販の機器を使用して印刷されるため、この技術の経済性とアクセスしやすさが強調されます。
この進歩により、印刷速度が向上するだけでなく、潜在的な用途も広がります。革新的な素材からカスタム医療インプラントまで、3D プリントの未来は変革的な成長を約束します。研究者たちは、速度と精度の限界を押し広げることで、細心の注意を払って作られたボクセルを通じて私たちの世界を形作るマイクロプリンティング革命への道を切り開いています。
レーザ

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