北京
研究人员开发出一种全息打印工艺，仅需20秒即可形成无泄漏的微结构。
犹他大学的研究人员开发了一种三维打印方法，可在单次激光曝光下制造出坚固的微结构，消除了传统逐层打印通常会留下的薄弱接缝。该工艺完成一次打印大约只需20秒，比现有需要数小时的激光技术快得多。
团队通过使用一种纳米级掩模实现了这一突破，该掩模能将激光重塑为与目标物体相匹配的全息图案。该系统不是逐层构建零件，而是一次性固化所有打印材料，从而制造出无缝结构。
研究人员表示，这种方法可以提高微型器件的强度和可靠性，同时显著缩短制造时间。他们还演示了打印机可以像传送带一样连续生产多个零件。
这项研究由犹他大学普莱斯工程学院电气与计算机工程系教授拉杰什·梅农与实验室成员林大军共同领导。
传统的激光三维打印是一层一层地构建物体，这会在层与层之间留下微观接缝。在微流控器件等应用中，这些界面可能削弱打印部件或导致流体泄漏。而通过在单次曝光中固化整个结构，新方法消除了这些层间边界，制造出更均匀的部件。
全息图取代分层
该打印工艺基于光刻技术——一种广泛用于制造半导体芯片的制造技术。不同于将光投射到平坦表面，新方法将激光能量引导至名为SU-8的光敏材料内部的三维空间中。
在传统光刻中，不透明掩模会阻挡不需要区域的光，以形成二维图案。将这一概念扩展到三维更为困难，因为光在材料中传播时会发生散射，降低精度。
为解决这个问题，研究人员设计了一种纳米图案化透镜，充当全息掩模。它置于激光前方，可补偿光衍射，并将能量仅聚焦在最终结构需要成型的位置。
梅农说：“掩模就像饼干模具一样，从厚面团中冲压出复杂形状。激光同时在内部‘烘烤’面团，因此最终成型的形状非常坚固。”
微型打印进展
利用该技术，团队制备了微管阵列，单根管径小至6微米。这些结构在保持机械强度的同时，纵横比高达120:1。
研究人员还对打印出的微结构进行了压缩测试，并证明它们可以通过毛细作用输送液体。这些结果表明，该方法可用于需要精密微通道的应用，包括微流控系统和先进制造。
当前方法产生的结构被研究人员称为“扩展二维”结构。虽然打印出的物体具有高度、宽度和长度，但目前系统只能精确控制两个维度。团队正致力于将这项技术扩展到真正的三维打印，同时保持其速度和精度。
研究人员还展示了多种晶格设计及不同形状的连续生产，表明该工艺可扩大规模，用于更快制造复杂的微尺度部件。
该研究发表在《自然·通讯》上。
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