Развитие мульти

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4781 (2023) Цитировать эту статью

588 Доступов

Подробности о метриках

Двухфотонная стереолитография (TPS) широко используется для изготовления различных трехмерных (3D) структур с субмикронным разрешением изготовления в рамках одного производственного процесса. Однако TPS непригоден для микроструктур с мелкими отверстиями. В процессе лазерной абляции можно легко просверлить или проделать отверстия в различных материалах. Однако в случае лазерной абляции фокальная плоскость лазера фиксирована и ограничена плоскостью обработки. В этом исследовании изучается процесс многонаправленной абляции для применения лазерной абляции к различным плоскостям обработки трехмерной микроструктуры, изготовленной с помощью процесса TPS. Ожидается, что гибридный 3D-процесс изготовления, сочетающий в себе преимущества как TPS, так и лазерной абляции, повысит эффективность производства. Предлагается гибридный 3D-процесс на основе одного лазерного источника. Микроструктура изготавливается с использованием TPS, а в процессе многонаправленной абляции создается отверстие на боковой стороне трехмерной микроструктуры. Для разработки процесса многонаправленной абляции система отражающих зеркал должна быть спроектирована так, чтобы адаптивно вращать фокальную плоскость лазера и направлять траекторию лазера в целевой плоскости процесса. На различных примерах мы демонстрируем возможности процесса многонаправленной абляции.

В последнее время потребность в эффективном производственном процессе, связанном с нанотехнологиями (НТ), биотехнологиями (БТ) и информационными технологиями (ИТ), значительно возросла при разработке 3D-нано/микроустройств и высокоинтегрированных систем. Методы микро- и нанопроизводства включают мягкую литографию1,2, фотолитографию3,4 и травление5,6 с использованием комбинации этих методов, а также были изготовлены различные нано-/микросистемы. Были использованы передовые технологии для более сложного проектирования структур, голографическая литография7,8, самосборка9,10 и прямая лазерная запись11,12,13. В частности, прямая лазерная запись имеет значительные преимущества для изготовления трехмерных структур, поскольку путь лазерного сканирования контролируется в соответствии с данными трехмерного компьютерного проектирования (САПР). Лазерное прямое письмо предполагает два метода: аддитивный и субтрактивный.

Прямое письмо с использованием фемтосекундного лазера (DWFL) — это эффективный трехмерный нано/микропроцесс. DWFL — это безмасочный, простой и экономичный метод изготовления 2D и 3D нано/микроструктур. Аддитивный процесс DWFL (т.е. процесс двухфотонной стереолитографии; TPS) имеет большие преимущества для прямого изготовления 2D и 3D микроструктур с субмикронным разрешением14,15,16,17. Однако TPS имеет некоторые ограничения. Например, разрешение и скорость изготовления аддитивного процесса недостаточны для наноразмерных приложений18,19. Некоторые из этих ограничений можно устранить с помощью субтрактивного процесса DWFL. Типичным субтрактивным процессом является абляция с использованием сфокусированного мощного лазера. Аблированный микроузор можно записать с помощью лазерного сканирования по заданному пути.

Было проведено несколько исследований гибридных методов изготовления, которые имеют преимущества как аддитивных, так и субтрактивных процессов. Например, ограниченное разрешение производства аддитивного процесса можно улучшить с помощью субтрактивного процесса20. Используя процесс TPS, трудно изготовить микроструктуру с отверстием или небольшим зазором. Небольшое отверстие или зазор имеет тенденцию затвердевать и блокироваться из-за суперпозиции мощностей лазера21,22. Кроме того, неэффективный путь лазерного сканирования трехмерной структуры приводит к увеличению времени изготовления23,24. Однако процесс лазерной абляции подходит для создания отверстий в структурах. Таким образом, используя гибридный процесс изготовления TPS и лазерной абляции, трехмерную нано-/микроструктуру можно эффективно изготавливать с более высокой точностью и более коротким временем изготовления.