เทคนิคการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบสองโฟตอนที่ก้าวล้ำซึ่งพัฒนาโดยนักวิจัยของมหาวิทยาลัย Purdue ปูทางไปสู่การพิมพ์ 3 มิติความละเอียดสูงที่เข้าถึงได้ง่ายและคุ้มต้นทุนมากขึ้น ด้วยการใช้งานที่มีศักยภาพครอบคลุมทั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไมโครหุ่นยนต์ชีวการแพทย์ และโครงวิศวกรรมเนื้อเยื่อ
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Purdue ได้เปิดเผยเทคนิคการบุกเบิกโพลีเมอไรเซชันแบบสองโฟตอน ซึ่งสัญญาว่าจะปฏิวัติความคุ้มทุนและความสามารถในการเข้าถึงการพิมพ์ 3 มิติที่มีความละเอียดสูง
วิธีการนี้ใช้ประโยชน์จากการผสมผสานระหว่างเลเซอร์ปล่อยพัลส์นาโนวินาทีที่มีต้นทุนต่ำและเลเซอร์ femtosecond ที่ใช้พลังงานลดลง ความก้าวหน้านี้อาจทำให้การใช้การพิมพ์ 3 มิติความละเอียดสูงในสาขาต่างๆ เป็นประชาธิปไตย ซึ่งรวมถึงอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ชีวการแพทย์ และวิศวกรรมเนื้อเยื่อ
"เราได้รวมเลเซอร์ที่มีราคาค่อนข้างต่ำซึ่งเปล่งแสงที่มองเห็นได้เข้ากับเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่ปล่อยพัลส์อินฟราเรด เพื่อลดความต้องการพลังงานของเลเซอร์เฟมโตวินาที" Xianfan Xu หัวหน้าทีมวิจัยและ James J. และ Carol L. Shuttleworth ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล ที่ Purdue กล่าวใน ข่าวประชาสัมพันธ์- “ด้วยวิธีนี้ ด้วยกำลังเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่กำหนด ปริมาณการพิมพ์จึงสามารถเพิ่มขึ้นได้ ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนในการพิมพ์แต่ละชิ้นส่วนลดลง”
ตามเนื้อผ้า การเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบสองโฟตอนอาศัยเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่มีราคาแพงเพื่อสร้างโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนอย่างประณีต แม้ว่าเลเซอร์เหล่านี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ต้นทุนที่สูงของเลเซอร์เหล่านี้ได้จำกัดการนำเทคนิคนี้ไปใช้ในกระบวนการผลิตอย่างแพร่หลาย
อย่างไรก็ตาม แนวทางใหม่ของทีมสามารถเปลี่ยนกระบวนทัศน์ดังกล่าวได้โดยการลดความต้องการพลังงานเลเซอร์ลงอย่างมาก มากถึง 50% ตามการค้นพบ การตีพิมพ์ ในวารสาร Optica Publishing Group, Optics Express
“การพิมพ์ 3 มิติที่มีความละเอียดสูงมีการใช้งานมากมาย รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 3 มิติ ไมโครหุ่นยนต์สำหรับสาขาชีวการแพทย์ และโครงสร้าง 3 มิติหรือโครงสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ” Xu กล่าวเสริม “แนวทางการพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่ของเราสามารถนำไปใช้ในระบบการพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์ femtosecond ที่มีอยู่จำนวนมากได้”
ทีมวิจัยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความเร็วในการพิมพ์ในขณะที่ลดต้นทุน โดยมุ่งเน้นไปที่กระบวนการโฟตอนเคมีที่แม่นยำซึ่งเกี่ยวข้องกับการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบสองโฟตอน ในกระบวนการทั่วไป เลเซอร์ femtosecond จะเริ่มต้นปฏิกิริยาโฟโตเคมีที่สำคัญก่อนการพิมพ์จริง Xu และทีมงานของเขาได้ใช้เลเซอร์นาโนวินาทีขนาด 532 นาโนวินาทีที่มีราคาไม่แพงมากสำหรับขั้นตอนนี้อย่างสร้างสรรค์ ซึ่งช่วยลดภาระงานของเลเซอร์ femtosecond
เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างการพิมพ์และการยับยั้งที่เกิดจากเลเซอร์ทั้งสอง นักวิจัยได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อวิเคราะห์กระบวนการโฟตอนเคมีเหล่านี้ โดยระบุปฏิสัมพันธ์ที่เหมาะสมที่สุดระหว่างการกระตุ้นโฟตอนเดี่ยวจากเลเซอร์นาโนวินาทีและการกระตุ้นสองโฟตอนจากเลเซอร์เฟมโตวินาที