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Pesquisadores desenvolveram um sistema de nanoimpressão 3D fácil de construir e de baixo custo que pode criar estruturas 3D arbitrárias com recursos extremamente finos. A nova técnica de nanoimpressão 3D é precisa o suficiente para imprimir metamateriais, bem como uma variedade de dispositivos e componentes ópticos, como microlentes, dispositivos microópticos e metamateriais.
“Nosso sistema usa um processo de absorção em duas etapas para realizar a impressão 3D com precisão atingindo o nível nanométrico, o que é adequado para fabricação comercial”, disse o líder da equipe de pesquisa Cuifang Kuang do Laboratório de Zhejiang e da Universidade de Zhejiang, ambos na China. “Ele pode ser usado para uma variedade de aplicações, como impressão de micro ou nanoestruturas para estudar células biológicas ou fabricar guias de onda ópticos especializados usados para dispositivos de realidade virtual e aumentada”.
Abordagens convencionais de nanoimpressão 3D de alta resolução usam lasers de femtossegundos pulsados que custam dezenas de milhares de dólares. Na revista Optica Publishing Group Letras ópticas, Kuang e seus colegas descrevem seu novo sistema baseado em um diodo laser de onda contínua acoplado a fibra integrado que não é apenas barato, mas também fácil de operar.
“Essa nova abordagem ajuda a tornar a nanoimpressão 3D acessível aos cientistas, mesmo aqueles que não estão familiarizados com os sistemas ópticos normalmente usados para esse tipo de fabricação”, disse Kuang. “Isso poderia eventualmente levar a dispositivos de nanoimpressão 3D de baixo custo que poderiam oferecer nanoimpressão de precisão a qualquer pessoa”.
Criando uma configuração simples
Objetos de impressão 3D com um tamanho de recurso de aproximadamente 100 nm geralmente requerem uma técnica chamada absorção de dois fótons. Isso envolve o uso de dispendiosos lasers de femtossegundos para obter precisão na absorção de fótons 3D que solidifica ou polimeriza uma resina líquida sensível à luz.
Recentemente, uma abordagem chamada absorção em duas etapas foi desenvolvida como uma alternativa à absorção de dois fótons desenvolvida pela equipe de pesquisa de Vincent Hahn no Karlsruhe Institute of Technology. Ele usa um fotoiniciador especial chamado benzil junto com uma única fonte de luz para criar a polimerização. No novo trabalho, os pesquisadores desenvolveram um sistema de absorção de duas etapas de nanoimpressão 3D simplificado e mais rápido que usa um laser acoplado a fibra integrada de comprimento de onda de 405 nm.
Para impressão 2D ou 3D com o novo sistema, o feixe de laser da fibra de manutenção da polarização monomodo é colimado e direcionado para espelhos galvanométricos. É então focalizado no material fotossensível com uma objetiva de microscópio de alta abertura numérica.
Imprimindo pequenos objetos
“O sistema simples não precisa de um grande número de componentes ópticos para modular o feixe de laser, o que economiza dinheiro e produz menos aberrações ou erros ópticos”, disse Kuang. “Também é altamente estável e compatível com a maioria dos microscópios comerciais.”
Os pesquisadores demonstram seu sistema de nanoimpressão 3D usando-o em baixas velocidades para imprimir grades de linha 2D e nanoestruturas de pilha de madeira 3D com um período lateral de 350 nm. Usando uma velocidade de varredura mais rápida de 1000 mícrons por segundo, grades 2D com resolução abaixo de 200 nm e largura de linha abaixo de 50 nm ainda podem ser fabricadas com potência de laser inferior a 1 mW.
Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a velocidade de escrita e a qualidade da técnica, mantendo a alta resolução. Isso tornará o sistema prático de usar para ainda mais aplicações.
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