Cách tiếp cận sử dụng hai laser làm giảm chi phí in 3D phân giải cao

Các nhà nghiên cứu phát triển một kỹ thuật trùng hợp hai photon mới sử dụng hai laser để in 3D các cấu trúc phức hợp có độ phân giải cao. Kỹ thuật tiên tiến này có thể khiến cho quá trình in 3D trở nên ít đắt đỏ hơn, giúp kỹ thuật được áp dụng trong một phạm vi rộng rãi hơn.

Trùng hợp hai photon là một kỹ thuật sản xuất ép đùn tiên tiến thường sử dụng các tia laser femto giây để polyme hóa các vật liệu cho in 3D chính xác. Dẫu quá trình này phù hợp để tạo ra các vi cấu trúc có độ phân giải cao nhưng lại chưa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bởi vì các laser femto giây quá đắt đỏ và gia tăng chi phí của những phần in.

“Chúng tôi kết hợp một laser chi phí thấp phát xạ ánh sáng khả kiến với một laser femto giây phát ra các xung hồng ngoại để giảm thiểu nhu cầu về điện của laser femto giây”, Xianfan Xu, người dẫn dắt nhóm nghiên cứu của ĐH Purdue thực hiện nghiên cứu, nói. “Theo cách này, với năng lực của một laser femto giây có sẵn, thông lượng in 3D sẽ được tăng, dẫn đến chi phí thấp hơn cho mỗi phần được in”.

Trong bài báo xuất bản trên tạp chí Optics Express, các nhà nghiên cứu chứng tỏ là cách tiếp cận hai laser sử dụng laser femto giây in 3D làm giảm 50% công suất so với việc chỉ sử dụng mỗi laser femto giây ¹.

“In 3D với độ phân giải cao có thể có nhiều ứng dụng, bao gồm các thiết bị điện tử 3D, các robot mini cho lĩnh vực y sinh và các cấu trúc 3D hoặc các bộ khung cho kỹ thuật mô”, Xu nói. “Cách tiếp cận in 3D mới của chúng tôi có thể sẵn sàng thực hiện trên nhiều hệ in 3D laser femto giây”.

Phát hiện cân bằng laser đúng

Công trình nghiên cứu mới là một phần trong nỗ lực của nhóm nghiên cứu để tiếp tục cải thiện tốc độ in và giảm bớt chi phí in của kỹ thuật trùng hợp hai photon, vốn sử dụng sự hấp thụ hai photon để xử lý một cách chính xác, hay làm cứng lại một vật liệu nhạy với photon.

“Trong quá trình in trùng hợp hai photon thông thường, tia laser femto giây được sử dụng để bắt đầu quá trình quang hóa để ức chế các thành phần gây ức chế trong vật liệu trước khi khởi động in”, Xu nói. “Chúng tôi đã sử dụng một laser chi phí thấp cho mục đích này”.

Cách tiếp cận này kết hợp sự hấp thụ đơn photon từ một tia laser nano giây bước sóng 532 nano mét với việc hấp thụ hai photon từ một tia laser femto giây bước sóng 800 nano mét. Để điều này diễn ra, các nhà nghiên cứu phải tìm được điểm cân bằng đúng giữa quá trình in và ức chế của cả hai tia laser.

Họ đã làm được điều này bằng việc tạo ra một mô hình toán học mới để giúp họ hiểu các quá trình quang hóa và tính toán hiệu ứng kết hợp của các quá trình kích thích hai photon và đơn photon. Họ cũng sử dụng mô hình này để nhận diện các quá trình nổi trội kiểm soát có thể giúp giảm công suất của tia laser femto giây nhưng vẫn giúp đạt được kết quả in mong muốn.

In các cấu trúc chi tiết

Sau khi tinh chỉnh cách tiếp cận mới này, họ sử dụng nó để in vô số cấu trúc 2D và 3D, bao gồm những cọc gỗ chi tiết có kích thước 25 × 25 × 10 μm cũng như một quả bóng bucky ở kích cỡ micro, cấu trúc bất đối xứng và nút trefoil. Các kết quả thực nghiệm cũng chứng tỏ là phương pháp này giảm thiểu công suất yêu cầu từ laser femto giây  xuống 80% với các cấu trúc 2D và xuống 50% với các cấu trúc 3D.

“Cách tiếp cận in mới có thể tác động đến các công nghệ sản xuất, ảnh hưởng đến sự phát triển các thiết bị từ điện tử tiêu dùng đến chăm sóc sức khỏe hiện tại và tương lai”, Xu nói. Các nhà nghiên cứu đang tiếp tục tìm hiểu để cải thiện tốc độ in và giảm chi phí in 3D.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-07-dual-laser-approach-high-resolution.html

————————————————

1.https://opg.optica.org/oe/viewmedia.cfm?uri=oe-32-15-25892&html=true