技術進歩により3Dナノプリンティングの範囲拡大

August, 15, 2023, Zhejiang--中国の研究チームは、作りやすく、ローコスト3Dナノプリンティングシステムを開発した。これは任意の3D構造を精密に作ることができる。
新しい3Dナノプリンティング技術は、メタマテリアルや様々なマイクロレンズ、マイクロ光デバイス、メタマテリアルなどの光学デバイス、コンポーネントをプリントできる精度である。

「われわれのシステムは、2ステップ吸収プロセスを使い、ナノメートルレベルに達する精度で3Dプリンティングを実現する、これは商用製造に適している」と中国、浙江大学(Zhejiang University)、浙江研究所、Cuifang Kuangは、話している。「それは、生体細胞の研究、VR/ARデバイス用の特殊光導波路製造、マイクロ構造、ナノ構造のプリンティングなど様々なアプリケーションに使える」。

従来の高分解能3Dナノプリンティングアプローチは、コスト数万ドルのパルスフェムト秒レーザを使用する。Optics Lettersで、研究チームは、集積ファイバ結合連続波(CW)レーザダイオードベース新システムを説明している。こちらは、安価であり、使いやすい。

「この新アプローチは、3Dナノプリンティングを研究者にとって利用しやすくするのに役立つ。この種の製造に一般に利用される光学系に慣れていない研究者でも利用できるようにする」(Kuang)。「それは､最終的には、だれでも精密ナノプリンティングができるローコストデスクトップ3Dナノプリンティングデバイスにつながる」

シンプルセットアップ
約100nm形体の3Dプリンティング物体は、一般に2光子吸収という技術を必要とする。これは、高価なフェムト秒レーザを使って、精密な3Dフォトン吸収を達成する必要がある。これにより、感光性液体レジンを固化、つまり重合化する。

先頃、2ｰステップ吸収が、2光子吸収の代わりにKIT、Vincent Hahnの研究チームによって開発された。それは、単一光源ととともにベンジルという特別な開始剤を使用して重合化する。新しい研究では、チームは、簡素化された、高速3Dナノプリンティング2ｰステップ吸収システムを開発した。これは405ｰnm波長集積ファイバ結合レーザを利用している。

新しいシステムにより2Dあるいは3Dプリンティングでは、シングルモード偏波保持ファイバ(PMF)からのレーザビームをコリメートし、ガルバノミラーに向ける。次に、高開口数顕微鏡対物レンズで、感光性材料に焦点を当てる。

微小物体のプリンティング
「その簡素なシステムは、レーザビーム変調に多数の光コンポーネントを必要としない。したがって、コスト削減となり、光学収差、エラーが少なくなる。それは､安定度が高く、ほとんどの商用顕微鏡に適合している」(Kuang)。

研究チームは、2Dライングレーティングおよび3D材木の山ナノ構造をプリントするために、横方向周期350nmの低速でそれを利用し3Dナノプリンティングシステムを実証した。さらに、より速いスキャン速度1000µm/secを使い、サブｰ200ｰnm分解能およびサブｰ50ｰnmライン幅で2Dグレーティングが、1mW以下のレーザパワーで製造できる。

研究チームは現在、高分解能を維持しながら、同技術のライティング速度と品質改善に取り組んでいる。これにより、システムは、さらに多くのアプリケーション向け利用が実用的になる。