미국 퍼듀 대학의 과학자들이 새로운 2광자 중합 기술을 개발했습니다. 이 기술은 3D 프린팅 기술의 도움으로 두 개의 레이저를 교묘하게 결합합니다. 펨토초 레이저 전력의 경우 50% 감소하여 복잡한 고해상도 3D 구조를 인쇄합니다. 고해상도 3D 프린팅 공정 비용을 줄이는 데 도움이 되어 응용 범위를 더욱 확장합니다. 이 연구 논문은 Optics Express 저널의 최신 호에 게재되었습니다.
2광자 중합은 펨토초 레이저를 사용하여 정밀한 3D로 재료를 인쇄하는 데 중점을 둔 고급 적층 제조 기술입니다. 이 기술은 고해상도 미세 구조를 만드는 데 뛰어나지만, 높은 비용이 널리 사용되는 데 걸림돌이 되었습니다.
이에 따라 팀은 가시광선을 방출하는 비교적 저렴한 레이저와 적외선 펄스를 방출하는 펨토초 레이저를 창의적으로 결합하여 펨토초 레이저 전력을 50% 줄였습니다. 이 혁신적인 접근 방식은 개별 부품을 인쇄하는 비용을 효과적으로 줄입니다.
새로운 방법은 532-나노미터 나노초 레이저의 단일 광자 흡수와 800-나노미터 펨토초 레이저의 2광자 흡수 접근 방식을 결합합니다. 두 레이저 인쇄 간의 최적의 균형을 달성하기 위해 팀은 또한 관련된 광화학적 프로세스를 더 깊이 이해하고 2광자 및 1광자 여기 프로세스의 시너지 효과를 정확하게 계산하기 위한 새로운 수학적 모델을 구축하여 더 낮은 펨토초 레이저 전력에서도 이상적인 인쇄 결과를 얻을 수 있도록 했습니다.
실험 결과에 따르면, 2D 구조의 경우 새로운 방법을 적용하면 펨토초 레이저에 필요한 전력이 80% 감소하고, 3D 구조의 경우에는 약 50% 감소합니다.
연구팀은 고해상도 3D 프린팅 기술이 3D 전자 장치 제작, 생물의학 분야에서의 마이크로 로봇 개발, 조직 공학을 위한 3D 구조물이나 스캐폴드 제작 등을 포함하되 이에 국한되지 않고 광범위한 응용 가능성을 가지고 있다고 밝혔습니다.
간단히 말해, 펨토초 레이저 3D 프린팅은 매우 작은 부피에서 발생하는 광화학 반응으로 미세한 3D 구조를 구축합니다. 현대 적층 제조 분야에서 매우 최첨단 기술이지만 인쇄 속도와 전력 예산 측면에서 한계가 있습니다. 이제 팀은 절반의 전력으로 고해상도 구조를 인쇄하여 비용 장벽을 넘었습니다. 무엇보다도 이 새로운 기술은 기존 펨토초 레이저 3D 프린팅 시스템에도 쉽게 통합할 수 있어 생물 의학, 마이크로 로봇 공학, 마이크로 광학 및 기타 여러 분야에서 응용 프로그램을 더 빠르게 실현할 수 있습니다.
