纳米级超高精细金属3D打印技术：双光子直接能量沉积

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双光子3D打印技术，是一种前沿的技术，它可以在纳米级的尺度上打印出各种结构，此前所报道的双光子技术都是用光刻胶等树脂材料。在金属材料方面尚未取得成果。
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& y2 l. ]! y- G6 K7 p7 w! V △双光子3D打印的纳米级建筑
 

* _" W- A# N# L0 Y$ X△双光子3D打印技术原理示意图

如果双光子技术能够用来打印金属，那么一定会有新的应用诞生。2019年4月18日，南极熊从外媒获悉，德国弗劳恩霍夫微工程与微系统研究所（IMM）的科学家正在开发一种新工艺，使用多光子光刻技术在金属3D打印部件上生成纳米级的结构。

作为联邦教育和研究部（BMBF）资助的项目“LAMETA”的一部分，IMM团队的目标是使用直接能量沉积（DED）工艺生产超高精细的部件。
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& o! W; o9 |1 ?2 q7 q △通过激光沉积产生的纳米结构。 图片来自Fraunhofer IMM。
: k4 M3 ]- G! j1 a, b' d/ o
. G- [; R9 f2 Q0 Y0 k2 c“在许多技术应用中，具有纳米尺度的微小结构变得越来越重要，”Fraunhofer IMM的Thomas Klotz Books博士和LAMETA项目经理表示。
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1 Z/ p8 m: y( }- B8 X5 W& X' O“如果我们将结构延伸到第三维，同时将结构的尺寸减小到光线的宽度，那么就会出现很多有趣的新现象。”

( V9 m$ ~( b  D' w0 I多光子光刻与直接能量沉积
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: e4 s5 F+ t" Z. P5 a, O( D根据Fraunhofer IMM研究人员的说法，为了缩小到纳米分辨率，必须使用双光子吸收和处理金属前体。在多光子光刻方法期间使用的激光波长的透明材料内发生双光子吸收。

相反，DED使用电子束或高功率激光束投影仪来熔化线材以构建3D结构。该过程在填充有惰性气体的密封室中进行，以控制材料特性。科学家认为使用DED技术来实现微米分辨率的3D打印。
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- m( L4 z2 B6 q8 g2 B+ M, n2 o: C因此，需要一种新的多光子光刻工艺，用于在金属基板上增材制造，从而能够生产不受限制的3D打印纳米结构。这需要新的光学组件，以及新的传感器元件。

2 P2 L# ?& [6 H* B3 @. D5 g  x1 K在基于激光的工艺中，科学家将能够控制光，以选择性地操纵辐射光和纳米级金属框架中的电子的相互作用。同时，他们还为这一工艺开发了一类新材料。
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% v5 E$ h: `8 t9 ]+ a/ p“我们希望展示该方法的具体应用潜力，从而开辟等离子体学领域的新应用领域，”Books补充说。该项目预计将于2020年完成。

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弗劳恩霍夫金属增材制造。摄影：Michael Petch。


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  w7 H. W  p' p& t《纳米级的双光子3D打印技术，背后竟有这么多故事》

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