La tecnologia di produzione di additivi laser sta diventando sempre più diffusa in tutto il mondo per usi industriali, portando i ricercatori a indagare ulteriormente in relazione alla polimerizzazione, con i risultati delineati nella stampa 3D di polimerizzazione a due fotoni ad alta velocità recentemente pubblicata con un laser a microchip alla sua lunghezza d’onda fondamentale .’
Poiché la risoluzione sub-micrometrica offre oggi un potenziale “senza eguali” mediante la tecnologia laser, i ricercatori affermano che la tecnologia spaziale fino a 100 nm è possibile con la tecnologia della polimerizzazione a due fotoni (2PP). In questo studio, hanno scoperto che l’uso di un laser a microchip a commutazione Q migliorava notevolmente sia la qualità che le prestazioni:
“Grazie alle prestazioni laser e all’elevata reattività 2PP del fotoresist preparato direttamente alla lunghezza d’onda fondamentale del nostro laser a microchip, vengono dimostrate velocità di stampa 3D 2PP fino a 20 mm / s e vengono prodotti oggetti con dimensioni delle caratteristiche fino a 250 nm”, afferma il gruppo di ricerca. “Queste caratteristiche di stampa 3D 2PP sono alla pari con i laser a femtosecondi.”
Le seguenti velocità sono state studiate nell’intervallo da 0,1 mm / sa 20 mm / se potenza laser nell’intervallo medio da 5 mW a 30 mW, con i ricercatori che hanno scoperto quanto segue:
La bassa velocità di scansione o l’elevata potenza del laser causano danni a causa della sovraesposizione
La sottoesposizione porta a strutture instabili che vengono sbiadite durante lo sviluppo
La finestra di strutturazione si estende fino a 20 mm / s, limitata dalla potenza del laser
L’uso della velocità del laser vicino alla soglia di polimerizzazione offre dimensioni delle caratteristiche più piccole (circa 250 nm)
Si tentò anche di polimerizzare mentre si astenevano dall’aggiungere il fotoiniziatore, senza risultati in microstrutture, dimostrando che la polimerizzazione (termica) era impossibile entro i confini dell’esperimento; tuttavia, l’assorbimento di due fotoni era un meccanismo di polimerizzazione centrale.
Immagini SEM di strutture di cataste di legno 3D che dimostrano le massime dimensioni e velocità di fabbricazione raggiunte: (a), (b) – struttura di cataste di legno fabbricata con una potenza laser media di 14 mW e una velocità di scansione di 5 mm / s; (c), (d) – struttura in legno fabbricata con una potenza laser media di 27 mW e una velocità di scansione di 20 mm / s.
Nell’usare un NA inferiore, i ricercatori hanno trovato barre strette e alte, con barre polimeriche di strato superiore che si flettono lateralmente a causa dell’elevato rapporto di aspetto ottenuto.
“Per studiare le dimensioni ottenibili delle caratteristiche, sono state misurate le larghezze delle aste polimeriche che formano le strutture di catasta di legno ottenute a diverse velocità di scansione e potenze laser”, hanno spiegato i ricercatori. “Queste misurazioni sono state eseguite utilizzando immagini SEM ingrandite delle pile di legno.
“Sia le dimensioni delle caratteristiche che le velocità di polimerizzazione sono alla pari con la fabbricazione 2PP con laser a femtosecondi, con una significativa riduzione dell’ingombro e dei costi del sistema”, hanno concluso i ricercatori.
Configurazione sperimentale per la polimerizzazione a due fotoni con il laser a microchip a commutazione Q. Immagini SEM di strutture di cataste di legno 3D che dimostrano le massime dimensioni e velocità di fabbricazione raggiunte: (a), (b) – struttura di cataste di legno fabbricata con una potenza laser media di 14 mW e una velocità di scansione di 5 mm / s;
(c), (d) – struttura in legno fabbricata con una potenza laser media di 27 mW e una velocità di scansione di 20 mm / s.
Immagini SEM di strutture in legno 3D realizzate con il laser a microchip a commutazione Q SESAM: (a) – potenza laser media di 17 mW e velocità di scansione di 0,6 mm / s;
(b) – potenza laser media di 27 mW e velocità di scansione di 19 mm / s.
La struttura del fotoiniziatore (a).
Spettro di assorbimento di un singolo fotone del fotoiniziatore (in diclorometano) (b).
Lo spettro di assorbimento in prossimità della lunghezza d’onda del laser è mostrato nell’inserto (in acetone).