Wetenschappers van Purdue University in de Verenigde Staten hebben een nieuwe twee-foton polymerisatietechniek ontwikkeld. Deze technologie combineert op slimme wijze twee lasers, met behulp van 3D-printtechnologie, in het geval van femtoseconde laservermogen verminderd met 50 procent, en print een complexe hoge-resolutie 3D-structuur. Het helpt de kosten van hoge-resolutie 3D-printprocessen te verlagen, waardoor het scala aan toepassingen verder wordt uitgebreid. Het onderzoeksartikel is gepubliceerd in de nieuwste uitgave van het tijdschrift Optics Express.
Twee-foton polymerisatie is een geavanceerde additieve productietechnologie die zich richt op het gebruik van femtoseconde lasers om materialen in nauwkeurige 3D te printen. Hoewel de technologie uitstekend is in het creëren van microstructuren met een hoge resolutie, zijn de hoge kosten een obstakel voor het wijdverbreide gebruik ervan.
In het licht hiervan combineerde het team op creatieve wijze een relatief goedkope laser die zichtbaar licht uitzendt met een femtoseconde laser die infraroodpulsen uitzendt, waardoor het vermogen van de femtoseconde laser met 50 procent werd verlaagd. Deze innovatieve aanpak verlaagt effectief de kosten van het printen van afzonderlijke onderdelen.
De nieuwe methode combineert de absorptie van één foton van een 532-nanometer nanoseconde laser met de absorptie van twee fotonen van een 800-nanometer femtoseconde laser. Om de optimale balans tussen de twee laserprints te bereiken, heeft het team ook een nieuw wiskundig model geconstrueerd om een dieper begrip te krijgen van de betrokken fotochemische processen en om de synergetische effecten van de excitatieprocessen van twee fotonen en één fotonen nauwkeurig te berekenen, waardoor wordt verzekerd dat ideale printresultaten nog steeds kunnen worden bereikt bij lagere femtoseconde laservermogens.
Uit experimentele resultaten blijkt dat de nieuwe methode bij 2D-structuren het benodigde vermogen van de femtosecondelaser met 80 procent vermindert. Bij 3D-structuren is dit zelfs ongeveer 50 procent.
Volgens het team heeft de 3D-printtechnologie met hoge resolutie brede toepassingsmogelijkheden, waaronder (maar niet beperkt tot) de productie van elektronische 3D-apparaten, de ontwikkeling van microrobots in de biomedische sector en de constructie van 3D-structuren of steigers voor weefseltechnologie.
Femtoseconde laser 3D-printen is kort gezegd een fotochemische reactie die in een zeer klein volume plaatsvindt om fijne 3D-structuren te bouwen. Het is een zeer geavanceerde technologie in moderne additieve productie, maar het heeft beperkingen in termen van printsnelheid en energiebudget. Nu heeft het team de kostenbarrière overschreden door structuren met een hoge resolutie te printen met de helft van het vermogen. Het meest waardevolle van alles is dat deze nieuwe technologie ook eenvoudig kan worden geïntegreerd in bestaande femtoseconde laser 3D-printsystemen, wat leidt tot snellere realisatie van toepassingen in de biomedische sector, microrobotica, microoptica en vele andere gebieden.
