TPP 雙光子3D打（dǎ）印（yìn）：神奇的納（nà）米級3D打印技術
點擊量：2154 發布時間（jiān）：2017-03-23 作者（zhě）：狀（zhuàng）邁（上海（hǎi））增材製（zhì）造技術有限公司
2015年10月，習大大在訪問（wèn）英國（guó）期間參觀了著名的（de）英國帝國理工學院，得到了學院楊廣中（zhōng）教授贈送的特（tè）殊禮（lǐ）物（wù）--打印在一塊正方形矽片（piàn）上的一段（duàn）隻有100微米長（zhǎng）的中國長城（chéng）。這（zhè）種神奇的技術就是雙（shuāng）光子3D打印技術，使用材料為光敏材料。聽著離普（pǔ）通人很遙遠是吧？實際上，我國在（zài）雙光（guāng）子3D打印（yìn）技術方麵領先世界。據我了解，中科院在雙（shuāng）光子3D打印領（lǐng）域已經開展了十幾（jǐ）年（nián）的研究，並取得了一係列研究成果（guǒ）。
TPP打印過程
雙光子3D打印（Two-photonpolymerization，TPP），學名為雙光子激光直寫（xiě）技術、雙光子聚合光固化成形技術（shù）。常見的3D打印（yìn）機工作原理都是分層製造，層（céng）與層之（zhī）間的（de）精度（dù）很受限，存（cún）在所謂的（de）“台階效應”。這使得3D打印機（jī）難以製造低粗糙度、高精度的器件，如各種光學元件、微納尺度的結構器件等等（děng）。而雙（shuāng）光子（zǐ）3D打印技術（shù）的出現有望完美解決這個問（wèn）題。
習近平總書記在倫敦皇家學院收到的3D打印（yìn）長城（長度100微米）
為了幫助大家更好地理解這（zhè）項技術，首先要知道（dào）什麽叫做“雙光子吸收效應。”SLA/DLP或（huò）是PolyJet技（jì）術所利用的都是單光子聚合，將一個光子作為基礎單位進行吸（xī）收，一次隻（zhī）能通過一個光子。但是實際上，極（jí）少數情況下，由於物質中存（cún）在特殊（shū）的能級躍遷模式，也會出現同時吸收兩個光子的情況，這就是“雙光子吸（xī）收效應”。但雙光子吸收（shōu）的（de）條件非常苛刻，它要求特定的物（wù）質和極高的能量密度。隻有在（zài）高度聚焦的（de）激光中心部位，才會（huì）有足夠高的輻照度來確保有兩個光子同時被吸收。
TPP雙（shuāng）光子（zǐ）3D打印技術原理示意圖
利用了TPP雙光（guāng）子3D打印技術，打印精度可（kě）以達（dá）到納米級。通過將激光聚焦在（zài）光敏樹脂內，計算機控（kòng）製移動納米級精密移動台，焦點經過的位置（zhì），光敏樹脂會變性（xìng）、固化，從而可以（yǐ）打印任意形狀的三維物體。由於雙光子聚合發生的固化隻發生在激光聚焦的光敏樹脂槽中央，而不是像SLA/DLP一樣發生在樹脂槽液麵或（huò）者樹脂槽底部，因此（cǐ），使用TPP技術的（de）3D打印機（jī）無需將打印件從樹脂槽底部剝離，也無需安裝刮刀進行光敏樹脂液麵的塗覆。
TPP雙光子3D打印（yìn）機
TPP技術是現在市麵精度最高的3D打印技術。TPP技術廣泛應用於微光學，微電子，微（wēi）流控，微器（qì）件等領域，它（tā）給3D打印從業者和科學家提供了一種強有力的（de）解決方案，來設（shè）計和加工多（duō）種多樣的微納結構。
TPP技術最典型的應用是在科研領域。
光子晶體（Photonic Crystal）的單（dān）元結構極其微小，加工起來（lái）非常困（kùn）難。使用TPP技術則可以非常（cháng）方便地加工出這種周期性排列的微納結構。
利用TPP技術加工的三維光子（zǐ）晶體
科（kē）學家利用TPP技（jì）術在光纖頂端（duān）加工的內窺（kuī）鏡
TPP技術也被應用在（zài）藝術（shù）領域。2014年，藝術家Jonty Hurwitz與Weitzmann Institute of Science的科（kē）學家合作，利用TPP技術在一根針上製（zhì）成了世界上最小的雕塑。
雙光子（zǐ）3D打印技術製作的自（zì）由女神像
尤達大師
雖然雙光子激光直寫技術在微納尺度加（jiā）工領域具有極大的（de）優勢，但並非全無缺點。與膠片拍攝圖像類（lèi）似，TPP的光敏材料需要進行（háng）顯影和定（dìng）影等過程，從而將打印的3D物體固定下來，因此加工過程更為繁（fán）瑣（suǒ）。
從上文敘述中可（kě）以看（kàn）出，這項技（jì）術能（néng）否（fǒu）成功的關鍵很大程度上（shàng）取決於納米精度的移（yí）動台，因（yīn）此運動係統極其精密且昂貴。下圖是一台典型（xíng）雙光子直寫儀的基本配置（zhì），從軟件到硬（yìng）件需要完美配合，所（suǒ）以往往造價不菲。
