TPP 雙光子3D打印：神奇的納米（mǐ）級3D打（dǎ）印技術
點擊量：2907 發布時間（jiān）：2017-03-23 作者：快猫视频APP下载安装（上海）增（zēng）材製造技術有限（xiàn）公司
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（shòu）贈送的特殊禮物--打印在一塊正方形矽（guī）片上的一段隻有100微米長的中國長城。這種神奇的技術就是雙光子3D打印技術，使用（yòng）材料為（wéi）光敏材料。聽著離普通（tōng）人很遙遠是吧？實際上，我國在雙光子3D打印技術方麵領先世界。據（jù）我了解，中科（kē）院在雙光子3D打（dǎ）印領域已經開展（zhǎn）了十幾年的研（yán）究，並（bìng）取得了一係列研究（jiū）成果。
TPP打印過（guò）程
雙（shuāng）光子3D打印（Two-photonpolymerization，TPP），學名為雙光子激光直寫技術、雙（shuāng）光子（zǐ）聚合光固化成形技術。常見的3D打印機工作原理（lǐ）都（dōu）是分層製造（zào），層與層之（zhī）間的精度很受限，存在所謂的“台階效應”。這使得3D打印（yìn）機難以製造低粗糙度、高精（jīng）度的器件，如（rú）各種（zhǒng）光學元件、微納尺度的結構器（qì）件等（děng）等。而雙光子3D打印（yìn）技（jì）術的出現有望（wàng）完美解決這個問題。
習近平總（zǒng）書記在倫敦皇（huáng）家學（xué）院收到的3D打印長城（長度100微米）
為了幫（bāng）助大（dà）家更好地理解這項技術，首先要（yào）知道什麽叫做“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（hé），將一個光子（zǐ）作為基礎單位進行吸收，一次隻能通過一個光子（zǐ）。但（dàn）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（shì），也會（huì）出現同時吸收兩個光子的情況（kuàng），這就是（shì）“雙光子吸收效應”。但雙光子吸收的條件非（fēi）常苛刻，它（tā）要求特定的物質和極高的能量密度（dù）。隻有在高度聚焦的激光中心部位，才會有足夠高的輻（fú）照度來確保有（yǒu）兩個（gè）光子同時被吸收。
TPP雙光（guāng）子3D打印技術原理示意圖
利用了TPP雙光子3D打印技術，打印精度（dù）可以達到納米級。通過將激光聚焦在光敏樹脂（zhī）內，計算機控製移動納米級精密移動台（tái），焦點經（jīng）過的位置，光（guāng）敏樹脂會變性、固化，從而可以打印任意（yì）形狀的三維物體。由於雙光子聚合（hé）發生的固化隻發生在激光聚焦的光敏樹（shù）脂槽中央（yāng），而不是像SLA/DLP一樣發生在樹脂槽液麵或（huò）者樹脂槽底部，因此（cǐ），使用TPP技術的3D打印機無需將（jiāng）打（dǎ）印件從樹脂槽底部剝離，也無需安裝（zhuāng）刮刀進行光敏樹脂液麵的塗覆。
TPP雙光子3D打印機
TPP技術是現在市麵精度最高的3D打印技術。TPP技術廣泛（fàn）應（yīng）用於（yú）微（wēi）光學，微電子，微（wēi）流控（kòng），微器件等領（lǐng）域，它給（gěi）3D打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（nà）結構。
TPP技術最（zuì）典型的應用是在科研領（lǐng）域。
光子晶體（Photonic Crystal）的單元結構極（jí）其微小，加（jiā）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周（zhōu）期性排列的微（wēi）納結構。
利用（yòng）TPP技術加工的（de）三維（wéi）光子晶體
科學家利用TPP技術在光纖頂端加（jiā）工的內窺鏡
TPP技術也被應用在藝（yì）術領域。2014年，藝術家Jonty Hurwitz與（yǔ）Weitzmann Institute of Science的科學家（jiā）合作（zuò），利用TPP技術在一根（gēn）針上製成了世界上最小（xiǎo）的雕塑。
雙光子3D打印技術製作的自由女神像
尤達大師
雖然雙光子激光（guāng）直寫（xiě）技術在微納尺度加（jiā）工領域具有極大（dà）的優勢，但並非全無缺點。與膠片拍攝圖像類（lèi）似，TPP的光敏材（cái）料需要進行顯影和定影等過程，從而將打印的3D物體固（gù）定下來，因此加工過程更為繁瑣。
從（cóng）上文敘述（shù）中可以看出，這項技術能否成功的關鍵很大程度上取（qǔ）決於（yú）納米精度的移動（dòng）台，因此（cǐ）運動係統極其精密且（qiě）昂貴。下圖是一台（tái）典型雙光（guāng）子直寫儀的基本配置，從軟件到（dào）硬件需要完美配合，所以往往造價不菲。
