초고속 레이저의 빛을 제어하기 위해 새로운 시간 기반 방법을 사용하여 연구원들은 분해능을 저하시키지 않으면서 기존의 2광자 리소그래피 (TPL) 기술보다 1000배 빠른 작은 구조를 제작할 수있는 나노 스케일 3D 프린팅 기술을 개발했다.

 

높은 처리량에도 불구하고, 펨토초 투영 TPL (FP-TPL)이라고 하는 새로운 병렬 처리 기술은 175 나노 미터 (nm)의 깊이 분해능을 생성하여 기존의 방법보다 낫고 90도 오버행으로 구조물을 제작할 수 없다. 현재 만들어지고 있다. 이 기술은 바이오스캐폴드, 플렉서블 전자장치, 전기 화학 인터페이스, 마이크로 광학, 기계 및 광학 메타 물질 및 기타 기능성 마이크로 및 나노 구조의 제조 규모 생산으로 이어질 수 있다.

 

Science 저널에 발표 된 이 획기적인 발전은 로렌스 리버모어 국립 연구소 (LLNL)와 홍콩 중문 대학의 연구자들에 의해 달성되었다.

 

기존의 나노 스케일 첨가제 제조 기술은 광중합체 재료를 액체에서 고체로 변환하기 위해 전형적으로 직경이 약 750나노 미터인 고강도 광의 단일 스폿을 사용한다. 포인트는 제조되는 전체 구조를 스캔해야 하므로 기존 TPL 기술은 복잡한 3D 구조를 생성하는 데 많은 시간이 소요될 수 있으며 실제 응용 분야에 맞게 확장 할 수 있는 기능이 제한된다.

 

조지아공과대학 기계공학과 조교수인 소라브 사하 (Surabh Saha)단일 광점을 사용하는 대신 백만 포인트를 동시에 투영 할 것이라고 말했다. "구조를 만들기 위해 스캔해야 하는 단일 지점으로 작업하는 대신 전체 투영 된 평면을 사용할 수 있기 때문에 공정이 크게 확장된다. 단일 지점의 초점을 맞추는 대신 전체 초점 평면이 있다. "임의의 구조로 패턴화할 수 있다."

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백 만점을 만들기 위해 연구원들은 프로젝터에 사용 된 것과 유사한 디지털 마스크를 사용하여 이미지와 비디오를 만든다. 이 경우, 마스크는 펨토초 레이저를 제어하여 전구체 액체 중합체 재료에서 원하는 광패턴을 생성한다. 고강도 광은 원하는 경우 3D 구조를 생성하기 위해 액체를 고체로 바꾸는 중합 반응을 일으킨다.

 

제조 된 구조의 각 층은 35펨토초의 고강도 광 버스트로 형성된다. 그런 다음 프로젝터와 마스크를 사용하여 전체 구조가 생성 될 때까지 레이어 후 레이어를 만든다. 이어서 액체 중합체를 제거하여 고체를 남긴다. FP-TPL 기술을 통해 연구원들은 8분 안에 초기 프로세스에서 몇 시간이 걸리는 구조를 만들 수 있다.

 

"개발 된 병렬 2광자 시스템은 나노 스케일 인쇄 기술의 획기적인 기술로, 이 크기의 재료와 구조에서 뛰어난 성능을 유용한 구성 요소로 실현할 수 있게 해준다." 라고 LLNL의 엔지니어링 재료, 제조 및 최적화 센터의 이사인 Chris Spadaccini는 말했다.

 

표면에 스프레이 된 입자를 사용하는 소비자 3D 프린팅과 달리 새로운 기술은 액체 전구체에 깊숙이 들어가 표면만으로는 제조 할 수 없는 구조물을 제작할 수 있다. 예를 들어, Saha 90도의 오버행과 길이 대 형상 크기의 종횡비가 1,000 : 1 이상인 "불가능한 다리"를 생산할 수 있다.

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Saha는“재료에 원하는 깊이까지 빛을 투사 할 수 있어 3D 구조물을 매달 수 있다고 말했다.

 

연구원들은 100x100 미크론보다 작은 기부들 사이에 밀리미터 길이의 현수 구조물을 인쇄했다. 액체와 고체의 밀도는 거의 같기 때문에 제작되는 동안 구조가 붕괴되지 않으며 생산이 너무 빨리 발생하여 액체가 방해 될 시간이 없다.

 

교량 이외에도 연구자들은 미세기둥, 직육면체, 대 수풀, 철사 및 나선을 포함하여 기술을 입증하기 위해 선택된 다양한 구조를 만들었다. 연구원들은 기존의 폴리머 전구체를 사용했지만, Saha는이 기술이 전구체 폴리머에서 생성 될 수 있는 금속 및 세라믹에도 효과가 있다고 믿고 있다.

 

"이를 위한 실제 응용은 스마트폰의 구성 요소와 같은 더 큰 제품에 통합 될 수 있는 소형 장치의 산업 규모 생산에 있을 것"이라고 그는 말했다. "다음 단계는 다른 재료로 인쇄하여 재료 팔레트를 확장 할 수 있음을 보여주는 것이다."

 

연구 그룹은 나노 스케일 3D 구조를 생성하는 데 사용되는 2광자 리소그래피 프로세스를 가속화하기 위해 수년간 노력해 왔다. 이 새로운 혁신의 성공은 시간 영역 속성을 사용하여 빛에 초점을 맞추는 다른 방법을 채택함으로써 비롯되었으며, 고해상도 및 작은 기능을 갖춘 매우 얇고 가벼운 시트를 생산할 수 있었다.

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Saha는“전통적으로 속도와 해상도 사이에는 절충점이 있다. "더 빠른 프로세스를 원한다면 해상도를 잃을 것이다. 우리는 이 엔지니어링 절충안을 깨뜨려서 가장 작은 기능으로 수천 배나 빠르게 인쇄 할 수 있었다."

 

조지아 테크 (Georgia Tech)에서 Saha는 계속해서 새로운 재료로 작업을 진행하고 프로세스를 확장 할 계획이다.

 

"지금까지 우리는 속도와 해상도에서 꽤 잘 할 수 있다는 것을 보여 주었다"고 그는 말했다. "다음 질문은 기능을 얼마나 잘 예측할 수 있는지, 대규모로 품질을 얼마나 잘 제어 할 수 있는지에 대한 것이다. 프로세스 자체를 이해하려면 더 많은 작업이 필요하다."

입력 : 2019.10.09 07:44    출처 : https://www.futuretimeline.net/blog/2019/10/7.htm
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