用于紙張打印的傳統(tǒng)激光打印機中的激光器非常小。相比之下，迄今為止用于三維微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的3D激光打印機卻需要大型且昂貴的激光系統(tǒng)。

近日，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院和海德堡大學(xué)的研究人員，研發(fā)了一種更為緊湊的3D激光納米打印系統(tǒng)，采用了廉價且小巧的藍光激光二極管。因此，通過這項技術(shù)有望可以實現(xiàn)更緊湊的打印機。這項成果已經(jīng)在近期的Nature Photonics專業(yè)期刊上發(fā)表。

目前，激光打印憑借其極高的空間分辨率和打印速度，成為3D打印和增材制造的首選方法。在激光打印的過程中，聚焦的激光束被引導(dǎo)至光敏液體。在焦點處，激光打開特殊分子的“開關(guān)”并觸發(fā)了化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)導(dǎo)致材料的局部硬化。

通過移動焦點，可以產(chǎn)生任何3D微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)。材料的化學(xué)反應(yīng)基于所謂的雙光子吸收，這意味著兩個光子同時激發(fā)分子，從而導(dǎo)致所需的化學(xué)修飾。然而，這種同時激發(fā)的情況很少發(fā)生，這就是為什么必須應(yīng)用復(fù)雜的脈沖激光系統(tǒng)，從而導(dǎo)致激光打印機尺寸變得非常大。

■用兩步吸收過程（左）和光學(xué)顯微鏡（右）打印的3D納米結(jié)構(gòu)的電子顯微重建。（來源：Rasmus Schr?der教授，海德堡大學(xué)）

更緊湊的3D打印機，得益于兩步流程

當(dāng)使用所謂的兩步過程時，可以實現(xiàn)更緊湊、更小型的打印機。第一個光子將分子轉(zhuǎn)移到中間狀態(tài)。在第二步中，第二個光子將分子從中間態(tài)轉(zhuǎn)移到所需的激發(fā)態(tài)并開始化學(xué)反應(yīng)。這種“二步法”的優(yōu)點是，與雙光子吸收不一樣的是，這時候兩個光子的吸收可以不是同時發(fā)生。

“為了達到這個效果，使用緊湊的低功率連續(xù)波激光二極管就可以實現(xiàn)。”卡爾斯魯厄理工學(xué)院應(yīng)用物理研究所研究員Vincent Hahn說。所需的激光功率遠低于傳統(tǒng)的激光指示器。Vincent Hahn接著談到，這項研究具有開創(chuàng)性。像大手提箱一樣大的飛秒激光器要好幾萬歐元，而像針頭那么大的半導(dǎo)體激光器，其成本不到10歐元，兩者之間相差巨大。未來，3D激光納米打印機的其他部件也將實現(xiàn)小型化。

一個鞋盒般大的設(shè)備在未來幾年看起來很有可能成為現(xiàn)實，最后設(shè)備的大小甚至可以比現(xiàn)在辦公桌上的激光打印機還要小。體積小、價格低的3D激光納米打印機，讓大多數(shù)用戶可以承擔(dān)得起。目前，行業(yè)專家們已經(jīng)在談?wù)?D激光打印的大眾化技術(shù)。