加拿大科學家開發出精密雙光子3D列印技術

新年之初，一張3微米高的微笑雪人照片席捲網路，加拿大西安大略大學實驗室的科學家們藉助電子束微影系統，用三個直徑只有0.9微米的硅土球堆成了它。憨態可掬的表情讓人們過了一把圍觀微觀雕塑的癮。但現在，人們無需手動，用3D列印就能製作出這樣可愛的微觀雕塑。

據美國「3D列印者」博客報道，藝術家喬迪·赫維茨使用雙光子激光直寫技術，3D列印出了迄今為止最微小的納米雕塑。這種雙光子3D列印能夠達到高標準高精度要求，預計將推動3D列印市場的細化發展。

工業領域使用的3D列印技術往往採用分層製造原理，列印成品的層與層之間精度存在上限。因此現有的3D印表機很難製造出高精度的器件，如光學元件或微納尺度的結構器件等。如今，一種名為「雙光子激光直寫」的技術則完美解決了該問題，使用這種技術的3D列印被稱為「雙光子3D列印」。

理化領域中，物質對光的吸收作用被應用到多個方面，比如用紫外光照射一些光敏聚合物質，被光照射到的那部分就會固化成物體。大多數物質對光的吸收都是以一個光子為單位，一次吸收一個光子。但某些情況下，由於物質擁有特殊能級躍遷模式，會出現同時吸收兩個光子的情況，即「雙光子吸收效應」。

實現該效應的條件嚴格，需要特定物質和極高能量密度。當條件滿足時，人們可利用激光聚焦，將反應區域局限在焦點附近的極小位置。通過納米級別的精密移動台，使激光焦點在光敏物質內移動。但凡焦點經過的位置，光敏物質都會變性固化，從而列印出任意形狀的3D物體。

這種技術成熟后，能提供給用戶一種高端而便捷的手段設計和加工各種各樣的微納結構，比如科研中使用的光子晶體和光纖頂端加工的內窺鏡。藝術領域中，不光可以用它來創作微觀雕塑，還能複寫世界各地的建築原貌。這意味著極多的現實信息將可以被縮小微觀級別，不為肉眼所見。

除了優勢，專家也指出雙光子激光直寫技術所適用的光敏物質種類有限，將列印完畢的物體固定下來需要複雜繁瑣的加工過程。想要用這種技術列印大尺度的產品目前難以實現。3D列印在過去一年中數次登上科技新聞的頭條，從殘奧會上的3D列印假肢，到流傳日韓網路的3D列印模擬槍，從米其林廚師試用的3D食物印表機到迪拜3D列印的未來辦公室建築。納米級領域的突破將拓寬該技術的應用範圍，助力製造業的未來變革。