華東師大學子毫米尺寸玻璃中列印東方明珠

如何突破3D列印在超高精度加工領域面臨的瓶頸？如何控制3D列印加工中的超快動態過程？近日，第十五屆「挑戰杯」上海市大學生課外學術科技作品競賽複賽成績公布，由華東師範大學物理與材料科學學院本科生王紹君等研發的「飛秒激光時空聚焦實現多解析度的3D微列印」項目成功入圍決賽。3D 列印正面臨「高解析度」瓶頸3D列印加工技術作為近年來十分火熱的高效加工手段，在航空、醫療、珠寶、建築、汽車、電子等各方面迅速得到了廣泛的應用。目前3D印表機的解析度對於精度要求不高的應用來說已經足夠，但要獲得更高解析度的物品通常是通過如下方法：先用當前的三維印表機打出稍大一點的物體，再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的「高解析度」物品。這樣的方法在高精度加工中顯然可操作性並不強。所以在超高精度加工領域，3D 列印的應用在技術上正面臨著難以突破的瓶頸。如何解決這一難題？華東師範大學大三學生王紹君帶領的課題組利用飛秒激光時空聚焦技術，實現了突破性進展。微米級別的3D列印精度王紹君對物理技術的發展和超越抱有強烈的興趣與信心，並將這種信心轉化成在實驗室中不斷進行創新與超越的動力。雖然飛秒激光時空聚焦技術發明至今僅有數年時間，但王紹君敏銳地察覺到這一技術的加工優勢將很快在高通量三維材料加工、高速三維生物成像等研究領域內凸顯出來。於是，王紹君對飛秒激光技術和超快激光時空同步聚焦技術進行了詳細調研，並對時空聚焦的光斑的靜態及動態特性進行了分析。在深入理論研究基礎之上，課題組藉助實驗探究了飛秒激光時空聚焦技術對加工結果的影響。他們控制電機在飛秒激光直寫平台上製作不同解析度的任意形狀物體，將3D 列印的精度突破到了幾個微米（μm）級別。為了進行對比，他們曾在同一塊光敏玻璃中列印出80μm 和10μm的東方明珠電視塔3D模型。經過一系列的研究實驗，課題組實現了飛秒激光時空聚焦技術新的聚焦維度及可控維度，克服了傳統空間聚焦的缺陷，並且對聚焦光斑提供了更加靈活的控制方式。同時，時空同步聚焦所提供的光斑動態控制能力使其在對加工中的超快動態過程式控制制顯示出巨大潛力。這是加工領域目前還未曾出現過並且迫切需要的技術成果。在當前國家大力發展3D列印等新型製造技術的背景下，這一創新性研究成果極具應用前景，將為我國的製造業等行業提供最新的技術支持。

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