关于在光固化领域的3D打印研究，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的可以说是在世界范围内的一大中坚力量，LLNL在2015年申请了大面积投影立体光聚合技术的专利，在2017年又推出了近瞬时光刻3D打印技术。
如今，LLNL的研究人员已经找到了一种改进双光子聚合（TPL）的方法，双光子聚合是一种纳米级3D打印技术，LLNL将双光子聚合3D打印技术开发到可以兼顾微观精度同时又满足较大的外型尺寸的水平。
与大多数激光3D打印技术不同，3D激光打印技术的分辨率受3D打印机激光点的大小限制，双光子聚合技术可将打印分辨率提高到难以置信的精度。
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员研发出一种用于提升双光子光刻（TPL）技术性能的新方法，通过“折射率匹配”方法和对材料的优化设计改善了该技术应用于增材制造的局限性，最小可制造人类头发宽度百分之一的纳米特征。
常规双光子光刻技术使用薄载玻片、透镜以及浸镜油辅助激光进行增材制造，使激光在需要固化的位置点进行聚焦。双光子光刻技术与其他增材制造技术的区别在于其加工分辨率更高，该技术可以产生具备更小特征的激光点，所以其加工分辨率是其他增材制造技术所无法比拟的。该技术规避了其他增材制造技术所面临的衍射极限难题，与一般增材制造技术所采用的仅吸收一个光子即发生固化反应的光敏材料不同，该技术采用的光敏材料需要同时吸收两个光子才能够固化成形（这曾是商业秘密）。但双光子光刻技术为自下而上构建结构，由于载玻片和透镜之间的距离通常小于200微米，最终成形结构的最大尺寸受限。
研究人员改进了加工工艺，将光敏材料直接置于透镜上并透过光敏材料使激光聚焦，从而制造出几毫米高的结构。由于激光在穿过光敏抗蚀剂材料时会发生折射，解决这一难题的关键在于“折射率匹配”方法，针对双光子光刻技术优化了光敏材料，将光敏材料的折射率与透镜浸润介质（浸镜油）的折射率相匹配，通过使用经过折射率匹配的光敏材料，可使激光可以畅通无阻地通过，从而解除传统双光子光刻技术对成形构件最大尺寸的限制。“折射率匹配”方法的应用使得采用增材制造技术制造具备100纳米结构特征的较大尺寸零件成为可能。
此外，研究人员还能够调整并增加光敏材料对X射线的吸收率，使成形构件对X射线的吸收率比常规材料提高10倍以上，以便使用X射线计算机断层扫描（CT）技术作为检测工具，对增材制造部件内部或者对人体内的增材制造物体（如支架管、置换关节、骨支架）进行无损成像检测。
该项技术可用于生产国家点火装置目标的内部结构，以及光学超材料、机械超材料以及电化学电池的增材制造，使其易于检测。目前唯一的限制因素是加工速度，所以研究人员接下来会将继续对该技术进行优化，以缩短加工时间。他们计划未来使用该技术构建更小的特征结构并增加更多功能，最终使用该技术生产真正的关键部件。
LLNL的研究成果发表在ACS Applied Materials＆Interfaces杂志，题目是“Radiopaque Resists for Two-Photon Lithography To Enable Submicron 3D Imaging of Polymer Parts via X-ray Computed Tomography”。
参考来源：北方科技信息研究所 徐可
–—- 3D科学谷Review
在国内，据3D科学谷的市场研究，从事双光子聚合技术研究的代表机构是清华大学深圳研究生院。清华大学深圳研究院的设备特征在于：飞秒激光脉冲系统的光路上还具有反射镜和扩束镜，从飞秒激光器到物镜，光路开关、衰减片、扩束镜、反射镜、分色镜顺次设置；打印中，飞秒激光器产生双光子激光，经过光路开关、衰减片、扩束镜、反射镜和物镜将激光聚焦，来使光敏树脂交联。
相对于普通的SLA 3D打印光聚合采用紫外波长的激光(250-400nm)，光子能量高，光经过的地方均发生聚合，清华大学深圳研究院的双光子聚合采用近红外波长(600-1000nm)的激光，近红外波长光子能量低，线性吸收及瑞利散射小，在介质中穿透性高，引发剂或光敏剂在光子强度高的焦点处才会产生双光子聚合，进而引发液态树脂发生聚合而固化。
另外，相比于传统的单光子聚合的SLA 3D打印机技术，由于材料的双光子吸收速率与入射光功率密度的平方成正比，材料被激发的速率在远离焦点的方向衰减的更为迅速，因此，由双光子吸收引发的光化学反应将被局限在光功率密度很高的焦点周围极小的区域内，光束途经的其它部分几乎不受影响。
为了让双光子聚合3D打印机达到微纳尺度的加工精度，清华大学深圳研究院进一步将所有的设备安装在主动去震平台上，以保证绝对的精度和稳定。通过超高精度的滑台和超高精度的双光子聚合范围相互匹配，实现了高精度的打印。
而在国际上，包括德国的Nanoscribe和维也纳技术大学是最早进行双光子聚合技术开发的企业和机构。而英国帝国理工学院还通过德国Nanoscribe的设备打印出只有100微米长的中国长城模型赠送给习主席。由于在微电子、光电子电路、再生医学等众多领域有着潜在的应用前景，双光子聚合技术被未来学家 Christopher Barnatt认为是未来可能会成为主流的3D打印形式，其潜在的应用范围和影响力是相当惊人的。
延伸阅读请参考3D科学谷发布的《3D打印与电子产品白皮书》。
参考资料：Radiopaque Resists for Two-Photon Lithography To Enable Submicron 3D Imaging of Polymer Parts via X-ray Computed Tomography
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