धडा 13.8मायक्रो आणि नॅनोप्रकरण 13 · मायक्रो- आणि नॅनोफॅब्रिकेशन

टू-फोटॉन पॉलिमरायझेशन

फक्त लेसरच्या फोकसवर रेझिन घट्ट करून 3D सूक्ष्म पार्ट छापते

टू-फोटॉन पॉलिमरायझेशन म्हणजे जिवंत पेशीच्या आकारमानावर 3D प्रिंटिंग. केंद्रित लेसर द्रव रेझिन फक्त आपल्या फोकल बिंदूवर घट्ट करतो, त्यामुळे तो बिंदू हलवून एका मायक्रॉनपेक्षा (0.001 mm) सूक्ष्म तपशील असलेल्या वस्तू रेखाटता येतात. ते ऑप्टिकल फायबरच्या टोकांवर सूक्ष्म भिंगे आणि पेशी वाढवण्यासाठी स्कॅफोल्ड छापते.

फोटो: Spanholz, CC BY-SA 4.0, स्रोत: Wikimedia Commons

टू-फोटॉन पॉलिमरायझेशन · प्रिंटरचे बाजूचे दृश्य, फोकसचे झूम आणि तयार पार्टवर्तुळातील क्रमांक खालील पायऱ्यांशी जुळतात; उजवीकडील पॅनेल फोकसवर झूम करतात आणि तयार पार्ट दाखवतात.

हे कसे चालते

रेझिनचा एक थेंब ठेवा. द्रव फोटोरेझिनचा (प्रकाशात घट्ट होणारे प्लॅस्टिक) एक थेंब काचेच्या स्लाइडवर, किंवा थेट फायबरच्या टोकावर किंवा चिपवर ठेवला जातो.
लेसर केंद्रित करा. जवळ-इन्फ्रारेड प्रकाशाचे (लाल रंगाच्या पलीकडचा, आपल्याला न दिसणारा) फेम्टोसेकंद पल्स मायक्रोस्कोप ऑब्जेक्टिव्हमधून (शक्तिशाली भिंग) जातात. ते रेझिनच्या आत एका बिंदूवर एकत्र येतात.
फक्त फोकस घट्ट करा. फक्त फोकसवरच प्रकाश इतका तीव्र असतो की रेणू एकाच वेळी दोन फोटॉन (प्रकाशाचे कण) शोषू शकतात. त्यामुळे एक व्हॉक्सेल घट्ट होतो: एका मायक्रॉनच्या आसपास किंवा त्याहून लहान 3D पिक्सेल.
3D मध्ये लिहा. आरसे आणि स्टेज फोकसला CAD मॉडेलमधून कापलेल्या मार्गांवर, बिंदू बिंदूने आणि थर थराने हलवतात. पार्ट द्रवाच्या आत वाढतो, अनेकदा सपोर्ट रचनांशिवाय.
द्रव धुऊन काढा. सॉल्व्हेंट न घट्ट झालेले रेझिन धुऊन टाकतो आणि घन सूक्ष्म पार्ट उघड होतो. नाजूक पार्ट काळजीपूर्वक वाळवले जातात, जेणेकरून द्रवाच्या पृष्ठताणामुळे ते वाकत नाहीत.

मुख्य तथ्ये

साहित्य: फोटोरेझिन: अॅक्रिलेट, SU-8 सारखे इपॉक्सी, संकरित सेंद्रिय-काच रेझिन; काही जैवसुसंगत किंवा काच बनवणारे रेझिन
सामान्य भाग: सूक्ष्म भिंगे आणि ऑप्टिक्स, पेशींचे स्कॅफोल्ड, मायक्रोफ्लुइडिक फिल्टर, लॅटिस मेटामटेरियल, विक्रमी लहान शिल्पे
भागाचा आकार: वैशिष्ट्ये सुमारे 0.1 µm पासून; संपूर्ण पार्ट सहसा काही मायक्रोमीटरपासून काही मिलिमीटरपर्यंत
अचूकता: सब-मायक्रॉन तपशील; संशोधन प्रणाली सुमारे 100 nm किंवा त्याहून कमी वैशिष्ट्यांपर्यंत पोहोचतात
पृष्ठभागाची फिनिश: ऑप्टिक्ससाठी पुरेसा गुळगुळीत; इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपखाली बारीक थरांच्या पायऱ्या दिसतात
कोणत्या बॅच आकारासाठी योग्य: प्रोटोटाइप आणि लहान मालिका; प्रती मोल्ड करण्यासाठी मास्टर देखील
टूलिंग आणि मशीनचा खर्च: टूलिंग नाही; प्रिंटरची किंमत अनेकदा काही लाख डॉलर
वेग: हळू: काही मिलिमीटर आकाराच्या पार्टला अनेक तास लागू शकतात

ताकद आणि मर्यादा

बलस्थाने

सब-मायक्रॉन रिझोल्यूशनवर खरे फ्री-फॉर्म 3D
मास्क किंवा मोल्ड नाही: थेट CAD मधून पार्ट
फायबर, चिप आणि वाहिन्यांच्या आत छापता येते
गुळगुळीत, ऑप्टिकल दर्जाचे पृष्ठभाग शक्य

मर्यादा

काही मिलिमीटरपेक्षा मोठ्या कोणत्याही गोष्टीसाठी खूप हळू
लहान बिल्ड आकारमान आणि महाग प्रिंटर
फक्त प्रकाशाने घट्ट होणाऱ्या रेझिनपुरते मर्यादित
डिझाइनमध्ये भरपाई केली नाही तर आकुंचनामुळे पार्ट विकृत होतात

कुठे वापरली जाते

फोटॉनिक्सफायबरच्या टोकांवर सूक्ष्म भिंगे, वेव्हगाइड, डिफ्रॅक्टिव्ह ऑप्टिक्स
जीवशास्त्रपेशी आणि स्टेम-सेल संशोधनासाठी स्कॅफोल्ड, सूक्ष्म सुया
मायक्रोफ्लुइडिक्सवाहिन्यांच्या आत छापलेले 3D फिल्टर आणि मिक्सर
MEMS आणि सेन्सरसूक्ष्म स्प्रिंग, सूक्ष्म ग्रिपर, अॅटॉमिक फोर्स मायक्रोस्कोपची टोके
मटेरियल संशोधनयांत्रिक मेटामटेरियल (असामान्य गुणधर्म असलेल्या जाळ्या), नॅनो-लॅटिस
कला आणि प्रसारसूक्ष्म शिल्पे आणि विक्रमी लहान वस्तू

ओळखायची कशी

तुम्हाला ते जवळजवळ कधीच दिसणार नाहीत: हे पार्ट वाळूच्या कणापेक्षा लहान असतात आणि प्रयोगशाळा, प्रोटोटाइप ऑप्टिक्स आणि संशोधन उपकरणांत आढळतात.
सूक्ष्मदर्शकाखाली: बारीक पायऱ्यांसारख्या थर-रेषा असलेल्या अचूक आकाराच्या 3D वस्तू, जणू लहानशी 3D प्रिंट.
ओव्हरहँग, लॅटिस आणि बंद पोकळ आकार जे कोणत्याही मोल्डमधून सोडवता आले नसते.
ऑप्टिकल फायबरच्या कापलेल्या टोकावर थेट बसलेले भिंग किंवा रचना.

यांच्याशी तुलना

स्टिरिओलिथोग्राफी8.2हे देखील प्रकाशाने रेझिन घट्ट करते, पण टबमध्ये थर थराने; खूप मोठे आणि वेगवान, दहा-दहा मायक्रॉनच्या तपशीलासह.फेम्टोसेकंद लेझर मशीनिंग13.6त्याच प्रकारचा लेसर, पण तो मटेरियल तयार करण्याऐवजी काढून टाकतो.व्हॉल्युमेट्रिक प्रिंटिंग8.10हे देखील द्रवाच्या आत रेझिन क्युअर करते, पण अनेक कोनांतून संपूर्ण वस्तू एकाच वेळी; वेगवान, पण खूपच जाडसर.

पाहा

g Fun Facts online · तत्त्वाचे छोटे, सोपे स्पष्टीकरण

scientificblogging · वाळूच्या कणापेक्षा लहान रेस कार छापली जात आहे

Nanoscribe · छापलेले सूक्ष्म पार्ट आणि इलेक्ट्रॉन-मायक्रोस्कोपमधील जवळून घेतलेली चित्रे

UpNano · एक व्यावसायिक प्रिंटर आणि त्याचे भाग कसे बनतात

खरी छायाचित्रे पाहा

Wikipedia: Multiphoton lithography — तत्त्व, मटेरियल आणि उपयोग; थोडी छायाचित्रे
Wikimedia Commons फोटो शोध

लक्षात ठेवा

रेझिन फक्त तिथेच घट्ट होते जिथे दोन फोटॉन एकाच वेळी येतात: लेसरच्या फोकसवर.
तो फोकस हलवून सब-मायक्रॉन तपशीलासह खरे 3D आकार रेखाटता येतात.
ते हळू आणि लहान प्रमाणावरचे आहे: मायक्रो-ऑप्टिक्स, स्कॅफोल्ड आणि प्रोटोटाइपसाठी आदर्श.