研究人员开发出一种新型双光子聚合技术，利用两束激光 3D 打印复杂的高分辨率结构。这一进展可降低 3D 打印工艺的成本，帮助其在各种应用中得到更广泛的应用。

双光子聚合是一种先进的增材制造技术，传统上采用飞秒激光以精确的 3D 方式聚合材料。尽管该工艺非常适合制作高分辨率微结构，但由于飞秒激光价格昂贵，增加了打印部件的成本，因此在制造业中并未得到广泛应用。

“我们将相对低成本的可见光激光器与透视 脉冲飞秒激光器结合起来，以降低飞秒激光器的功率要求，”普渡大学研究团队负责人徐先凡表示。“这样，在给定飞秒激光功率的情况下，可以提高打印吞吐量，从而降低打印单个部件的成本。”

在 Optica 出版集团期刊《光学快报》上，研究人员表明，与单独使用飞秒激光相比，双激光方法可将所需的飞秒激光 3D 打印功率降低多达 50%。

“高分辨率 3D 打印具有多种应用，包括 3D 电子设备、生物医学领域的微型机器人以及组织工程的 3D 结构或支架，”徐说。“我们新颖的 3D 打印方法可以轻松应用于许多现有的飞秒激光 3D 打印系统。”

找到正确的激光平衡

这项新工作是研究团队为不断提高双光子聚合打印速度和降低打印成本所做的努力的一部分，双光子聚合利用双光吸收现象来精确固化或凝固感光材料。

“在传统的双光子聚合打印过程中，首先使用飞秒激光来启动光化学过程，在打印开始之前减少材料中的抑制物质，”徐说。“我们使用低成本的激光来实现这一目的。”

新方法将 532 nm 纳秒激光的单光子吸收与 800 nm 飞秒激光的双光子吸收相结合。为了实现这一目标，研究人员必须在两台激光引起的打印和抑制之间找到适当的平衡。他们通过创建一个新的数学模型来帮助他们理解所涉及的光化学过程，并计算双光子和单光子激发过程的综合效应。他们还使用该模型来确定控制飞秒激光功率可以降低多少同时仍能实现理想打印结果的主要过程。

打印详细结构

在对新方法进行微调后，他们利用降低的飞秒激光功率打印了各种 2D 和 3D 结构。这些结构包括尺寸仅为 25 × 25 × 10 微米的精细木桩以及微米级的巴基球、手性结构和三叶结。实验结果表明，新方法可将 2D 结构所需的飞秒激光功率降低高达 80%，将 3D 结构所需的飞秒激光功率降低高达 50% 左右。

徐教授表示：“这种新型打印方法可能会影响制造技术，影响现在和未来的消费电子和医疗保健领域的设备开发。”研究人员目前正在努力进一步提高打印速度并降低 3D 打印的成本。