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双光子聚合技术制造玻璃陶瓷
发布:Iron_MAN10   时间:2019/8/7 10:39:54   阅读:155 
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双光子聚合技术(two-photon polymerization,TPP)由于其超高的加工精度使得其能够进行满足微纳米结构的增材制造,其加工原理如图1所示。飞秒激光器通过PS1与PS2两级功率衰减后可以实现光源功率功率精确的控制,之后通过光路系统进行滤光、扩束后,最后经过大数值孔径的物镜Obj对可光固化材料进行制造。同时,样品也被红色LED照亮使得CMOS摄像头能够实时监控制造过程。传统单光子聚合在光线通过的地方都能发生聚合反应,而双光子聚合要求化合物同时吸收两个光子,聚合反应只能发生在光很强的地方,一般需要光束聚焦方可,因此,双光子聚合是点聚合。
 
 
图1 双光子技术原理图解
 
SZ2080是一种新型的有机—无机基团聚合材料,立陶宛Vilnius University的Linas等人[1]通过TPP技术进行了该材料的相关研究。由于发现纯SZ2080材料不需要光引发剂即可进行光固化,研究团队通过以不同的激光功率与扫描速度对同一模型进行制造,确定了TPP工艺制造纯SZ2080以及添加1wt%光引发剂369的工艺窗口,如图2所示,绿、黄、红三色线框内分别表示模型特征成型良好、较差、几乎不能成型。
 
 
图2 激光功率与扫描速率对模型成型情况的影响
 
由于SZ2080中含有硅和锆的无机基团,可以通过烧结得到玻璃陶瓷支架,如图3所示。此外,该材料已经研发出含硅、锆、锗等一系列可用于TPP技术制造的原材料,因此Linas等人认为该在生物陶瓷植入支架方面前景广阔。但是目前由于双光子技术加工缓慢、成型尺寸小等问题的存在[2],双光子技术在生物医用材料加工的方面受到了很大的限制,相关研究也是停留在组织工程微纳结构的研究上。
 
 
图3 SZ2080支架烧结前后尺寸对比
 
参考文献:
Jonušauskas L, Gailevi?ius D, Mikoliūnait? L, et al. Optically Clear and Resilient Free-Form μ-Optics 3D-Printed via Ultrafast Laser Lithography[J]. Materials, 2017, 10(1):12.


来源:机械制造系统工程国家重点实验室 
 
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