Un team di scienziati guidato dal Professor Mangirdas Malinauskas del Laser Research Center presso l’Università di Vilnius, in Lituania, ha sviluppato una nuova tecnica di litografia 3D nanometrica utilizzando laser indipendenti dalla lunghezza d’onda e senza l’uso di fotoiniziatori. Questo approccio, che sfrutta la scrittura diretta laser (LDW) e la polimerizzazione 3D multi-fotonica, è stato recentemente presentato in un articolo pubblicato su Light: Advanced Manufacturing.
Nuove possibilità nella litografia 3D
La litografia 3D con laser a femtosecondi è ampiamente utilizzata in vari settori come la micro-ottica, la medicina e i metamateriali, grazie alla sua capacità di combinare alta velocità di produzione con una precisione fino a centinaia di nanometri. Tuttavia, l’applicabilità di questa tecnologia è stata limitata dalle proprietà delle resine fotosensibili, che possono influenzare significativamente la stampabilità in base alle condizioni di fotoeccitazione applicate.
Il team di ricerca ha superato queste limitazioni dimostrando che è possibile eseguire la polimerizzazione 3D utilizzando laser a bassa potenza di picco e senza la necessità di amplificatori, riducendo così significativamente i costi dell’attrezzatura. La tecnica si basa su laser a impulsi ad alta frequenza di ripetizione, che consentono una rapida scrittura laser diretta per l’avanzamento della manifattura additiva di materiali non fotosensibilizzati.
Innovazioni nella tecnologia laser
I ricercatori hanno utilizzato fotopolimeri come lo SZ2080TM e le sue varianti, stampando otticamente in 3D senza l’uso di fotoiniziatori. Sono stati impiegati laser con lunghezze d’onda di 517 nm, 780 nm e 1035 nm, ottenendo caratteristiche polimerizzate di 300 nm anche a velocità di scrittura lineare elevate, fino a 105 μm/s. La variazione del rapporto organico-inorganico nel materiale ibrido ha portato a un restringimento della finestra di fabbricazione dinamica, ma senza impedire la fotostrutturazione. Grazie al riscaldamento localizzato, è stata ottenuta una deposizione controllata di energia per volume focale, permettendo una stampa 3D efficiente.
Questo approccio di fotopolimerizzazione spaziotemporale apre nuove possibilità nella produzione ottica di materiali non fotosensibili, ampliando così la capacità di produzione di tutti i polimeri reticolabili, non solo dei fotopolimeri sensibili alla luce.
Implicazioni future e applicazioni industriali
Secondo il Professor Malinauskas e il suo team, questa scoperta è un importante passo avanti nella manifattura additiva laser 3D, permettendo l’uso di vari laser e materiali polimerici non fotosensibilizzati. Questa tecnologia offre potenziali applicazioni nella produzione di micro-ottiche altamente trasparenti, scaffold biomedici a bassa tossicità e nella combinazione della chimica verde con la fotonica verde per una manifattura additiva sostenibile.
Il passaggio al meccanismo di eccitazione X-fotonico, rispetto all’assorbimento a due fotoni, non richiede potenze laser significativamente maggiori (sono sufficienti impulsi sub-1 nJ) né una diminuzione della velocità di fabbricazione (10 mm/s di velocità di scrittura sono state regolarmente raggiunte), rendendo questa tecnica pronta per essere adottata da numerosi laboratori e introdotta nell’industria su scala globale.
