雙光子3D打印突破：奧地利UpNano納米分辨率，高速打印厘米“大”尺寸

南極熊導(dǎo)讀：為奧地利大使館做實(shí)事的方法點(diǎn)贊，居然在微信上找到南極熊，希望幫助推廣奧地利的納米級3D打印技術(shù)。由于被他們的執(zhí)行力、務(wù)實(shí)所感動了，南極熊特別推出本文《奧地利UpNano，高速、納米分辨率3D打印實(shí)現(xiàn)厘米“大”尺寸制造》。

△奧地利大使館在微信上找到南極熊


突破性的高分辨率3D打印，制造符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的大尺寸零件

2020年5月27日，來自奧地利維也納的技術(shù)領(lǐng)先者UpNano公司利用納米分辨率3D打印技術(shù)，成功制造出厘米大小的彎曲和拉伸測試試樣。

△納米級精度3D打印的ISO標(biāo)準(zhǔn)材料測試樣件，可達(dá)1歐分硬幣那么“大”

這是一項(xiàng)可3D打印200納米精度的技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，制造厘米大小的材料表征測試試樣。高精度雙光子聚合（2PP）3D打印的創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者UpNano GmbH公司，成功在NanoOne打印機(jī)上，用其特定的光聚合物，打印出了ISO測試所需的尺寸和形狀的測試樣品。這是與奧地利維也納大學(xué)（TU Wien）合作的成果。
△視頻：NanoOne雙光子3D打印機(jī)

雙光子3D打印技術(shù)原理



△雙光子3D打印技術(shù)原理。雙光子吸收（2PA）的空間選擇性。2PA的概率在聚焦點(diǎn)之外顯著降低，因此也降低了熒光體積，實(shí)現(xiàn)了更高的空間分辨率。熒光顯微鏡中單光子束路徑和多光子束路徑的直接比較顯示，2PA僅出現(xiàn)在光束的焦點(diǎn)處。 因此，單體交聯(lián)僅在焦平面上發(fā)生，因?yàn)榫酆戏磻?yīng)取決于這種非線性吸收，而在1光子吸收的情況下，發(fā)射的光會沿整個光束吸收。這解釋了為什么逐層生產(chǎn)采用基于單束光子的工藝（例如立體光刻）生產(chǎn)的零件，而雙光子零件卻可以3D打印小于100 nm分辨率物體的原因。

△從納米到厘米的大跨度3D打印

此前，人們認(rèn)為，使用光聚合物作為材料，在亞微米的精度范圍內(nèi)，雙光子3D打印機(jī)不能打印出ISO測試所需的（大）尺寸試樣。UpNano專有的自適應(yīng)分辨率技術(shù)與強(qiáng)大的激光器相結(jié)合，打破了這個不可能性，可以使用符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的材料，為工業(yè)和學(xué)術(shù)界3D打印納米尺寸的零件。

高分辨率的3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)出比傳統(tǒng)制造工藝更小、更精確的零件。然而，隨著這項(xiàng)技術(shù)的潛力越來越受關(guān)注，世界各地的工業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，都要求獲得關(guān)于各種打印技術(shù)所使用的大量不同材料的質(zhì)量信息。

這通常來說很困難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)標(biāo)準(zhǔn)的材料規(guī)格測試方法需要的試樣，比高分辨率3D打印機(jī)能夠生產(chǎn)的試樣大得多?，F(xiàn)在，雙光子聚合（2PP）3D打印技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者UpNano公司成功地利用其NanoOne打印機(jī)成功地制造出了所需的厘米范圍內(nèi)的測試樣件，使用的是納米分辨率。

專利技術(shù)：自適應(yīng)分辨率
使用獲得專利的UpNano自適應(yīng)分辨率技術(shù)，可以顯著提高生產(chǎn)制造效率。 軟件在高分辨率和低分辨率區(qū)域?qū)x定的幾何進(jìn)行分類，并相應(yīng)地調(diào)整激光體素的大小。

• 高生產(chǎn)率段。為了提高生產(chǎn)效率，在保持打印部件的機(jī)械性能的同時，擴(kuò)大了激光焦點(diǎn)，以提高產(chǎn)量。
• 高分辨率段。激光器緊緊聚焦，在表面以達(dá)到最高的分辨率。
  

激光的焦點(diǎn)可以擴(kuò)大，或者精確地聚焦在外殼和精細(xì)的細(xì)節(jié)上。 因此，可以顯著提高吞吐量，同時更快地打印內(nèi)部區(qū)域。


高速高分辨率3D打印

"我們專利的自適應(yīng)分辨率技術(shù)，可以根據(jù)所需的幾何形狀和分辨率來調(diào)整激光光斑尺寸。它使NanoOne-打印機(jī)能夠制造出具有納米分辨率的樣件，尺寸最大可達(dá)厘米。"技術(shù)負(fù)責(zé)人兼UpNano公司聯(lián)合創(chuàng)始人之一的Peter Gruber解釋道。"我們現(xiàn)在生產(chǎn)尺寸為2厘米的彎曲測試試樣和長度為3.5厘米的拉伸測試試樣。" 使用通用性能材料UpPhoto，他們能夠在10小時內(nèi)完成30個彎曲測試試樣，在9小時內(nèi)完成12個結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的拉伸測試試樣。NanoOne這個打印速度也非常不錯，被認(rèn)為是市場上最快的高分辨率3D打印系統(tǒng)之一。此外，如此數(shù)量的測試樣品，使測試系列符合統(tǒng)計合理的結(jié)果，所以材料規(guī)格符合ISO標(biāo)準(zhǔn)。
△NanoOne雙光子3D打印機(jī)

"缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的材料規(guī)格，是在工業(yè)環(huán)境中使用高性能3D打印技術(shù)的嚴(yán)重障礙。全球工業(yè)的分散式生產(chǎn)流程和保修規(guī)定都是以標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為基礎(chǔ)的。如果你的材料或設(shè)備不適合這個精細(xì)化的系統(tǒng)，那么它可能對3D打印有好處，但對批量生產(chǎn)沒有好處"，首席執(zhí)行官Bernhard Küenburg強(qiáng)調(diào)了UpNano所取得的進(jìn)步的重要性。通過解決技術(shù)行業(yè)的這個要求，他們加強(qiáng)了在高性能3D打印新興市場的創(chuàng)新者的地位：銷售高速度的2PP 3D打印系統(tǒng)，在短生產(chǎn)周期內(nèi)的生產(chǎn)率是其他系統(tǒng)的百倍。

3D打印活細(xì)胞

△使用光敏生物材料的雙光子3D打印制造的鎖球，把細(xì)胞聚在一起

NanOne系統(tǒng)的功能不僅能滿足工業(yè)的要求，也能滿足研究機(jī)構(gòu)的要求。就在最近，UpNano公司向奧地利維也納MedUni公司出售了一套設(shè)備，將被用于各種研究用途。包括生物醫(yī)學(xué)研究所需的精細(xì)結(jié)構(gòu)，如支架、膜或微通道，UpBio感光聚合物為這些組織的打印提供了可能性。這種特殊的樹脂允許嵌入活體細(xì)胞進(jìn)行雙光子 3D打印，是生物醫(yī)學(xué)研究的新選擇。