双光子3D打印突破：奥地利UpNano纳米分辨率，高速打印厘米“大”尺寸

南极熊导读：为奥地利大使馆做实事的方法点赞，居然在微信上找到南极熊，希望帮助推广奥地利的纳米级3D打印技术。由于被他们的执行力、务实所感动了，南极熊特别推出本文《奥地利UpNano，高速、纳米分辨率3D打印实现厘米“大”尺寸制造》。

△奥地利大使馆在微信上找到南极熊


突破性的高分辨率3D打印，制造符合ISO标准的大尺寸零件

2020年5月27日，来自奥地利维也纳的技术领先者UpNano公司利用纳米分辨率3D打印技术，成功制造出厘米大小的弯曲和拉伸测试试样。

△纳米级精度3D打印的ISO标准材料测试样件，可达1欧分硬币那么“大”

这是一项可3D打印200纳米精度的技术，首次实现了根据ISO标准，制造厘米大小的材料表征测试试样。高精度双光子聚合（2PP）3D打印的创新领导者UpNano GmbH公司，成功在NanoOne打印机上，用其特定的光聚合物，打印出了ISO测试所需的尺寸和形状的测试样品。这是与奥地利维也纳大学（TU Wien）合作的成果。
△视频：NanoOne双光子3D打印机

双光子3D打印技术原理



△双光子3D打印技术原理。双光子吸收（2PA）的空间选择性。2PA的概率在聚焦点之外显著降低，因此也降低了荧光体积，实现了更高的空间分辨率。荧光显微镜中单光子束路径和多光子束路径的直接比较显示，2PA仅出现在光束的焦点处。 因此，单体交联仅在焦平面上发生，因为聚合反应取决于这种非线性吸收，而在1光子吸收的情况下，发射的光会沿整个光束吸收。这解释了为什么逐层生产采用基于单束光子的工艺（例如立体光刻）生产的零件，而双光子零件却可以3D打印小于100 nm分辨率物体的原因。

△从纳米到厘米的大跨度3D打印

此前，人们认为，使用光聚合物作为材料，在亚微米的精度范围内，双光子3D打印机不能打印出ISO测试所需的（大）尺寸试样。UpNano专有的自适应分辨率技术与强大的激光器相结合，打破了这个不可能性，可以使用符合ISO标准的材料，为工业和学术界3D打印纳米尺寸的零件。

高分辨率的3D打印技术可以生产出比传统制造工艺更小、更精确的零件。然而，随着这项技术的潜力越来越受关注，世界各地的工业和研究机构，都要求获得关于各种打印技术所使用的大量不同材料的质量信息。

这通常来说很困难，因为大多数标准的材料规格测试方法需要的试样，比高分辨率3D打印机能够生产的试样大得多。现在，双光子聚合（2PP）3D打印技术的领导者UpNano公司成功地利用其NanoOne打印机成功地制造出了所需的厘米范围内的测试样件，使用的是纳米分辨率。

专利技术：自适应分辨率
使用获得专利的UpNano自适应分辨率技术，可以显著提高生产制造效率。 软件在高分辨率和低分辨率区域对选定的几何进行分类，并相应地调整激光体素的大小。

• 高生产率段。为了提高生产效率，在保持打印部件的机械性能的同时，扩大了激光焦点，以提高产量。
• 高分辨率段。激光器紧紧聚焦，在表面以达到最高的分辨率。
  

激光的焦点可以扩大，或者精确地聚焦在外壳和精细的细节上。 因此，可以显著提高吞吐量，同时更快地打印内部区域。


高速高分辨率3D打印

"我们专利的自适应分辨率技术，可以根据所需的几何形状和分辨率来调整激光光斑尺寸。它使NanoOne-打印机能够制造出具有纳米分辨率的样件，尺寸最大可达厘米。"技术负责人兼UpNano公司联合创始人之一的Peter Gruber解释道。"我们现在生产尺寸为2厘米的弯曲测试试样和长度为3.5厘米的拉伸测试试样。" 使用通用性能材料UpPhoto，他们能够在10小时内完成30个弯曲测试试样，在9小时内完成12个结构更复杂的拉伸测试试样。NanoOne这个打印速度也非常不错，被认为是市场上最快的高分辨率3D打印系统之一。此外，如此数量的测试样品，使测试系列符合统计合理的结果，所以材料规格符合ISO标准。
△NanoOne双光子3D打印机

"缺乏标准化的材料规格，是在工业环境中使用高性能3D打印技术的严重障碍。全球工业的分散式生产流程和保修规定都是以标准和规范为基础的。如果你的材料或设备不适合这个精细化的系统，那么它可能对3D打印有好处，但对批量生产没有好处"，首席执行官Bernhard Küenburg强调了UpNano所取得的进步的重要性。通过解决技术行业的这个要求，他们加强了在高性能3D打印新兴市场的创新者的地位：销售高速度的2PP 3D打印系统，在短生产周期内的生产率是其他系统的百倍。

3D打印活细胞

△使用光敏生物材料的双光子3D打印制造的锁球，把细胞聚在一起

NanOne系统的功能不仅能满足工业的要求，也能满足研究机构的要求。就在最近，UpNano公司向奥地利维也纳MedUni公司出售了一套设备，将被用于各种研究用途。包括生物医学研究所需的精细结构，如支架、膜或微通道，UpBio感光聚合物为这些组织的打印提供了可能性。这种特殊的树脂允许嵌入活体细胞进行双光子 3D打印，是生物医学研究的新选择。