El grupo del profesor Wei Xiong, del Laboratorio Nacional de Optoelectrónica de Wuhan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, propone una técnica pionera de litografía de polimerización multifotónica de alta velocidad con una velocidad de impresión 3D récord de 7,6 × 10 7 vóxel s −1 , que es casi un orden de magnitud mayor que la litografía multifotónica de escaneo (MPL) anterior.
Publicado en Revista Internacional de Fabricación Extrema (IJEM ), esta tecnología, basada en escaneo acústico-óptico con conmutación espacial (AOSS), no solo imprime micronanoestructuras 3D complejas con una precisión de 212 nm, sino que también logra una velocidad de impresión 3D sin precedentes de 7,6 × 10 7 vóxel/s. Es como un artista que pinta un autorretrato en tan solo cinco minutos, donde cada detalle intrincado, hasta cada mechón de cabello, cobra vida vívidamente.
"La velocidad y la precisión del procesamiento son parámetros de rendimiento importantes para evaluar la tecnología de impresión micronano tridimensional, y esta tecnología tiene un rendimiento excelente en ambos aspectos", afirmó el profesor Wei Xiong. "Esta investigación proporciona una ruta técnica viable para lograr la impresión nano-3D a gran escala en el futuro."
La fabricación de precisión de intrincadas y complejas micronanoestructuras tridimensionales sirve como piedra angular para numerosas disciplinas de vanguardia. A la luz de su capacidad inherente para una verdadera fabricación digital tridimensional y una resolución de procesamiento a nanoescala más allá del límite de difracción, la litografía de dos fotones (TPL) ha seguido siendo constantemente un punto focal de investigación dentro de este campo.
Ahora ha encontrado amplias aplicaciones en dominios de vanguardia que incluyen metamateriales tridimensionales, componentes microópticos y microelectrónicos e ingeniería biomédica.
Sin embargo, a pesar de sus capacidades de alta resolución a nanoescala, la velocidad de procesamiento limitada de TPL ha limitado persistentemente su potencial. Por ejemplo, la impresión de una simple moneda a menudo puede durar decenas de horas, un tiempo claramente inadecuado para aplicaciones de producción industrial.
Luego, Jiao comenzó una serie de estudios experimentales y finalmente encontró que el deflector acústico-óptico (AOD) era la pieza central del proceso para aumentar la velocidad de impresión.
El TPL tradicional basado en escaneo emplea métodos de escaneo mecánico como espejos galvanométricos, pero su velocidad de escaneo está limitada por la inercia. Por el contrario, el deflector acústico-óptico (AOD) puede lograr un escaneo acústico-óptico sin inercia, lo que resulta en un avance significativo en la velocidad.
"El movimiento de un automóvil en movimiento generalmente incluye acciones secuenciales como frenar, girar y la aceleración posterior, lo que inherentemente consume una cantidad sustancial de tiempo debido a la influencia de la inercia", dijo Binzhang Jiao (Ph.D. 22), el primer autor del artículo.
Un galvanómetro de inercia es como un coche, donde los procesos de aceleración y desaceleración requieren mucho tiempo. Por otro lado, el AOD no está limitado por la inercia, porque depende de ondas sonoras para el escaneo. En comparación con el escaneo con espejo mecánico tradicional, este enfoque ha producido un aumento de 5 a 20 veces en la velocidad del escaneo láser.
Jiao ha desarrollado con éxito una técnica de modulación de señal no lineal del AOD, asegurando que el tamaño del punto se aproxima al límite de difracción durante el escaneo acústico-óptico de alta velocidad. Al mismo tiempo, la integración de elementos ópticos difractivos (DOE) ha permitido el escaneo acústico-óptico paralelo multifocal, mejorando aún más el rendimiento del procesamiento. Las regiones espaciales de los puntos multifocales se controlan de forma independiente mediante el interruptor óptico espacial, lo que permite la fabricación de estructuras no periódicas.
Demostraron un sistema de litografía multifotónica (MPL) de ocho puntos focales, logrando un tamaño de vóxel de 212 nm y una velocidad de impresión de vóxel de 7,6 × 10 7 vóxel/s.
"Se pueden imprimir varios puntos focales por separado, como si una persona tuviera ocho manos", dijo Jiao. Esta velocidad de impresión de vóxeles es 8,4 veces más rápida que el método MPL de escaneo mecánico más rápido reportado en el pasado, y 38 veces más rápido que el método MPL de escaneo difractivo más rápido reportado. En comparación con los métodos MPL comercializados, la velocidad de impresión de esta técnica se puede mejorar hasta 490 veces.
Aunque todavía queda un largo camino por recorrer desde los laboratorios hasta la fábrica, el equipo expresa optimismo sobre el futuro de AOSS. "Para aumentar el rango de escaneo acústico-óptico, el ángulo de escaneo del escaneo acústico-óptico se puede aumentar en el futuro. En consecuencia, una mayor velocidad de escaneo acústico-óptico y un mayor número de focos pueden continuar aumentando el rendimiento de AOSS". dijo el profesor Wei Xiong.
Más información: Binzhang Jiao Jiao et al, Litografía multifotónica de conmutación espacial con escaneo acústico-óptico, Revista internacional de fabricación extrema (2023). DOI:10.1088/2631-7990/ace0a7
Proporcionado por la Revista Internacional de Fabricación Extrema
