TPP 雙光子3D列印：神奇的納米級3D列印技術

2015年10月， 習大大在訪問英國期間參觀了著名的英國帝國理工學院， 得到了學院楊廣中教授贈送的特殊禮物--列印在一塊正方形矽片上的一段只有100微米長的中國長城。 這種神奇的技術就是雙光子3D列印技術， 使用材料為光敏材料。 聽著離普通人很遙遠是吧？實際上， 我國在雙光子3D列印技術方面領先世界。 據我瞭解， 中科院在雙光子3D列印領域已經開展了十幾年的研究， 並取得了一系列研究成果。

TPP列印過程

雙光子3D列印（Two-photonpolymerization， TPP）， 學名為雙光子鐳射直寫技術、雙光子聚合光固化成形技術。 常見的3D列印機工作原理都是分層製造， 層與層之間的精度很受限， 存在所謂的“臺階效應”。 這使得3D印表機難以製造低粗糙度、高精度的器件， 如各種光學元件、微納尺度的結構器件等等。 而雙光子3D列印技術的出現有望完美解決這個問題。

習近平總書記在倫敦皇家學院收到的3D列印長城（長度100微米）

為了幫助大家更好地理解這項技術， 首先要知道什麼叫做“雙光子吸收效應。 ”SLA/DLP或是PolyJet技術所利用的都是單光子聚合， 將一個光子作為基礎單位進行吸收， 一次只能通過一個光子。 但是實際上， 極少數情況下， 由於物質中存在特殊的能級躍遷模式，

也會出現同時吸收兩個光子的情況， 這就是“雙光子吸收效應”。 但雙光子吸收的條件非常苛刻， 它要求特定的物質和極高的能量密度。 只有在高度聚焦的鐳射中心部位， 才會有足夠高的輻照度來確保有兩個光子同時被吸收。

利用了TPP雙光子3D列印技術， 列印精度可以達到納米級。 通過將鐳射聚焦在光敏樹脂內， 電腦控制移動納米級精密移動台， 焦點經過的位置， 光敏樹脂會變性、固化， 從而可以列印任意形狀的三維物體。 由於雙光子聚合發生的固化只發生在鐳射聚焦的光敏樹脂槽中央，

而不是像SLA/DLP一樣發生在樹脂槽液面或者樹脂槽底部， 因此， 使用TPP技術的3D印表機無需將列印件從樹脂槽底部剝離， 也無需安裝刮刀進行光敏樹脂液面的塗覆。

TPP技術是現在市面精度最高的3D列印技術。 TPP技術廣泛應用於微光學， 微電子， 微流控， 微器件等領域，它給3D列印從業者和科學家提供了一種強有力的解決方案，來設計和加工多種多樣的微納結構。

TPP技術最典型的應用是在科研領域。

光子晶體（Photonic Crystal）的單元結構極其微小，加工起來非常困難。使用TPP技術則可以非常方便地加工出這種週期性排列的微納結構。

利用TPP技術加工的三維光子晶體

TPP技術也被應用在藝術領域。2014年，藝術家Jonty Hurwitz與Weitzmann Institute of Science的科學家合作，利用TPP技術在一根針上製成了世界上最小的雕塑。

利用TPP技術列印的雕塑作

下圖為利用TPP技術加工的微納雕塑作品

雙光子3D列印技術製作的泰姬陵模型

雙光子3D列印技術製作的F1賽車

利用TPP技術製作的勃蘭登堡門模型

雙光子3D列印技術製作的自由女神像

尤達大師

雖然雙光子鐳射直寫技術在微納尺度加工領域具有極大的優勢，但並非全無缺點。與膠片拍攝圖像類似，TPP的光敏材料需要進行顯影和定影等過程，從而將列印的3D物體固定下來，因此加工過程更為繁瑣。

從上文敘述中可以看出，這項技術能否成功的關鍵很大程度上取決於納米精度的移動台，因此運動系統極其精密且昂貴。下圖是一台典型雙光子直寫儀的基本配置，從軟體到硬體需要完美配合，所以往往造價不菲。

如果你想瞭解更多的3D列印文化，請關注【創克加科技】

我想知道的是這個需不需要支撐？

桃花扇 發表於 2017-3-23 09:32

由於TPP的固化只發生在鐳射聚焦的光敏樹脂槽中央，而不是像SLA一樣發生在樹脂槽液面或者樹脂槽底部，因此不需要支撐結構

微器件等領域，它給3D列印從業者和科學家提供了一種強有力的解決方案，來設計和加工多種多樣的微納結構。

TPP技術最典型的應用是在科研領域。

光子晶體（Photonic Crystal）的單元結構極其微小，加工起來非常困難。使用TPP技術則可以非常方便地加工出這種週期性排列的微納結構。

利用TPP技術加工的三維光子晶體

TPP技術也被應用在藝術領域。2014年，藝術家Jonty Hurwitz與Weitzmann Institute of Science的科學家合作，利用TPP技術在一根針上製成了世界上最小的雕塑。

利用TPP技術列印的雕塑作

下圖為利用TPP技術加工的微納雕塑作品

雙光子3D列印技術製作的泰姬陵模型

雙光子3D列印技術製作的F1賽車

利用TPP技術製作的勃蘭登堡門模型

雙光子3D列印技術製作的自由女神像

尤達大師

雖然雙光子鐳射直寫技術在微納尺度加工領域具有極大的優勢，但並非全無缺點。與膠片拍攝圖像類似，TPP的光敏材料需要進行顯影和定影等過程，從而將列印的3D物體固定下來，因此加工過程更為繁瑣。

從上文敘述中可以看出，這項技術能否成功的關鍵很大程度上取決於納米精度的移動台，因此運動系統極其精密且昂貴。下圖是一台典型雙光子直寫儀的基本配置，從軟體到硬體需要完美配合，所以往往造價不菲。

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我想知道的是這個需不需要支撐？

桃花扇 發表於 2017-3-23 09:32

由於TPP的固化只發生在鐳射聚焦的光敏樹脂槽中央，而不是像SLA一樣發生在樹脂槽液面或者樹脂槽底部，因此不需要支撐結構