Il gruppo del professor Wei Xiong, del Laboratorio nazionale di optoelettronica di Wuhan presso l'Università di scienza e tecnologia di Huazhong, propone una tecnica pionieristica di litografia di polimerizzazione multifotone ad alta velocità con una velocità di stampa 3D record di 7,6 × 10 7 voxel s −1 , che è quasi un ordine di grandezza superiore rispetto alla precedente litografia multifotone a scansione (MPL).
Pubblicato su International Journal of Extreme Manufacturing (IJEM ), questa tecnologia, basata sulla scansione acusto-ottica con commutazione spaziale (AOSS), non solo stampa complesse micro-nanostrutture 3D con una precisione di 212 nm, ma raggiunge anche una velocità di stampa 3D senza precedenti di 7,6 × 10 7 voxel/i. È come se un artista dipingesse un autoritratto in soli cinque minuti, dove ogni dettaglio intricato, fino a ogni ciocca di capelli, prende vita in modo vivido.
"La velocità e l'accuratezza dell'elaborazione sono parametri prestazionali importanti per valutare la tecnologia di stampa tridimensionale micro-nano e questa tecnologia offre prestazioni eccellenti in entrambi gli aspetti", ha affermato il Prof. Wei Xiong. "Questa ricerca fornisce un percorso tecnico fattibile per ottenere in futuro la stampa nano-3D su larga scala."
La produzione di precisione di micro-nanostrutture tridimensionali intricate e complesse costituisce la pietra angolare di numerose discipline all'avanguardia. Alla luce della sua capacità intrinseca di una vera fabbricazione digitale tridimensionale e di una risoluzione di elaborazione su scala nanometrica oltre il limite di diffrazione, la litografia a due fotoni (TPL) è rimasta costantemente un punto focale della ricerca nel campo.
Ora ha trovato ampie applicazioni in settori all'avanguardia tra cui metamateriali tridimensionali, componenti microottici e microelettronici e ingegneria biomedica.
Tuttavia, nonostante le sue elevate capacità di risoluzione su scala nanometrica, la velocità di elaborazione limitata di TPL ne ha costantemente limitato il potenziale. Ad esempio, la stampa di una semplice moneta può spesso durare decine di ore, un lasso di tempo chiaramente inadeguato per le applicazioni di produzione industriale.
Quindi Jiao iniziò una serie di studi sperimentali e alla fine scoprì che il deflettore acusto-ottico (AOD) era il fulcro del processo per aumentare la velocità di stampa.
Il TPL tradizionale basato sulla scansione utilizza metodi di scansione meccanici come specchi galvanometrici, ma la loro velocità di scansione è limitata dall'inerzia. Al contrario, il deflettore acusto-ottico (AOD) può ottenere una scansione acusto-ottica priva di inerzia, con conseguente aumento significativo della velocità.
"Il movimento di un'auto in movimento include solitamente azioni sequenziali come la frenata, la svolta e la successiva accelerazione che consumano intrinsecamente una notevole quantità di tempo a causa dell'influenza dell'inerzia", ha affermato Binzhang Jiao (Ph.D. 22), il primo autore dell'articolo.
Un galvanometro inerziale è proprio come un'auto, dove i processi di accelerazione e decelerazione richiedono molto tempo. D'altro canto, l'AOD non è vincolato dall'inerzia, poiché si basa sulle onde sonore per la scansione. Rispetto alla tradizionale scansione meccanica a specchio, questo approccio ha prodotto un aumento da 5 a 20 volte della velocità di scansione laser.
Jiao ha sviluppato con successo una tecnica di modulazione del segnale non lineare dell'AOD, garantendo che la dimensione dello spot si avvicini al limite di diffrazione durante la scansione acusto-ottica ad alta velocità. Allo stesso tempo, l'integrazione di elementi ottici diffrattivi (DOE) ha consentito la scansione acusto-ottica parallela multifocale, migliorando ulteriormente la produttività dell'elaborazione. Le regioni spaziali dei punti multifocali sono controllate in modo indipendente dall'interruttore ottico spaziale, consentendo la fabbricazione di strutture non periodiche.
Hanno dimostrato un sistema di litografia multifotone (MPL) a otto punti focali, ottenendo una dimensione voxel di 212 nm e una velocità di stampa voxel di 7,6 × 10 7 voxel/i.
"Più punti focali possono essere stampati separatamente, come se una persona avesse otto mani", ha detto Jiao. Questa velocità di stampa voxel è 8,4 volte più veloce del metodo MPL con scansione meccanica più veloce riportato in passato e 38 volte più veloce del metodo MPL con scansione diffrattiva più veloce riportato. Rispetto ai metodi MPL commercializzati, la velocità di stampa di questa tecnica può essere aumentata fino a 490 volte.
Sebbene la strada da percorrere dai laboratori alla fabbrica sia ancora lunga, il team esprime ottimismo riguardo al futuro di AOSS. "Per aumentare la portata della scansione acusto-ottica, l'angolo di scansione della scansione acusto-ottica potrà essere aumentato in futuro. Di conseguenza, una maggiore velocità di scansione acusto-ottica e un numero maggiore di fuochi possono continuare ad aumentare la produttività dell'AOSS," ha detto il Prof. Wei Xiong.
Ulteriori informazioni: Binzhang Jiao Jiao et al, Litografia multifotonica a scansione acusto-ottica con commutazione spaziale, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/ace0a7
Fornito dall'International Journal of Extreme Manufacturing
