طور علماء من جامعة بيردو في الولايات المتحدة تقنية جديدة لبلمرة الفوتونين. تجمع هذه التقنية بذكاء بين ليزرين، بمساعدة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، في حالة انخفاض طاقة ليزر الفيمتوثانية بنسبة 50 بالمائة، مما يؤدي إلى طباعة بنية ثلاثية الأبعاد معقدة عالية الدقة. يساعد ذلك في تقليل تكلفة عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، وبالتالي توسيع نطاق التطبيقات بشكل أكبر. نُشرت ورقة البحث في العدد الأخير من مجلة Optics Express.
تعد عملية البلمرة ثنائية الفوتون إحدى تقنيات التصنيع الإضافي المتقدمة التي تركز على استخدام ليزر الفمتوثانية لطباعة المواد بدقة ثلاثية الأبعاد. وعلى الرغم من أن هذه التقنية ممتازة في إنشاء هياكل دقيقة عالية الدقة، إلا أن تكلفتها العالية كانت عائقًا أمام استخدامها على نطاق واسع.
وفي ضوء ذلك، نجح الفريق بشكل مبتكر في الجمع بين ليزر منخفض التكلفة نسبيًا يصدر ضوءًا مرئيًا مع ليزر فيمتوثانية يصدر نبضات الأشعة تحت الحمراء، مما أدى إلى تقليل قوة ليزر الفيمتوثانية بنسبة 50%. ويعمل هذا النهج المبتكر على تقليل تكلفة طباعة الأجزاء الفردية بشكل فعال.
تجمع الطريقة الجديدة بين امتصاص فوتون واحد من ليزر نانوثانية بطول 532- نانومتر مع نهج امتصاص فوتونين من ليزر فيمتوثانية بطول 800- نانومتر. لتحقيق التوازن الأمثل بين الطباعة بالليزرين، قام الفريق أيضًا ببناء نموذج رياضي جديد للحصول على فهم أعمق للعمليات الكيميائية الضوئية المعنية وحساب التأثيرات التآزرية لعمليات إثارة فوتونين وفوتون واحد بدقة، وبالتالي ضمان إمكانية تحقيق نتائج طباعة مثالية بقدرات ليزر فيمتوثانية أقل.
وتظهر النتائج التجريبية أنه بالنسبة للهياكل ثنائية الأبعاد، فإن الطريقة الجديدة تقلل من الطاقة المطلوبة بواسطة ليزر الفيمتوثانية بنسبة 80 في المئة؛ أما بالنسبة للهياكل ثلاثية الأبعاد، فإنها تقللها بنحو 50 في المئة.
وقال الفريق إن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لها آفاق تطبيق واسعة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر تصنيع الأجهزة الإلكترونية ثلاثية الأبعاد، وتطوير الروبوتات الدقيقة في المجال الطبي الحيوي، وبناء الهياكل أو السقالات ثلاثية الأبعاد لهندسة الأنسجة.
باختصار، الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام ليزر الفيمتوثانية عبارة عن تفاعل كيميائي ضوئي يحدث في حجم صغير جدًا لبناء هياكل ثلاثية الأبعاد دقيقة. إنها تقنية متطورة للغاية في التصنيع الإضافي الحديث، ولكنها محدودة من حيث سرعة الطباعة وميزانية الطاقة. الآن، تجاوز الفريق حاجز التكلفة من خلال طباعة هياكل عالية الدقة بنصف الطاقة. والأمر الأكثر قيمة على الإطلاق هو أن هذه التقنية الجديدة يمكن دمجها بسهولة أيضًا داخل أنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام ليزر الفيمتوثانية الحالية، مما يؤدي إلى تحقيق أسرع للتطبيقات في الطب الحيوي والروبوتات الدقيقة والبصريات الدقيقة والعديد من المجالات الأخرى.
