3D打印目前已深入人们的生活，激光打印则是3D打印增材制造的首选方法，因为它提供了所有方法中最好的空间分辨率，并达到极快的打印速度。不过，由于用于纸张打印的传统激光打印机中的激光非常小，研究人员早已研究出三维微结构和纳米结构的3D激光打印机。这类的打印机需要大型而昂贵的激光系统。

电子显微镜重建3D纳米结构打印的两步吸收过程(左)和光学显微镜(右)。来源：Professor Rasmus Schröder, University of Heidelberg, Vincent Hahn,KIT

在激光打印技术中，一束聚焦的激光束被射向光敏液体。在焦点处，激光打开一个特殊分子的开关，引发化学反应。反应导致材料的局部硬化。通过移动焦点，任何三维微纳米结构都可以产生。这种化学反应是基于所谓的双光子吸收，即两个光子同时激发分子，从而引起所需的化学修饰。然而，这种同时激励很少发生，这就是为什么复杂的脉冲激光系统必须应用，导致激光打印机的尺寸更大。

激光、激光聚焦和光阻剂的有效非线性。

不过，现在研究有了新突破。德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和海德堡大学的研究人员正研究出另一种方法，让3D打印既便捷又经济实惠。

他们设计使用一种廉价、小巧的蓝色激光二极管，因此可以使用更小的打印机。这项工作发表在《Nature Photonics》杂志上。

利用双光子吸收或两步吸收的三维激光纳米打印技术。

• 更紧凑的3d打印机，多亏了两步流程

当使用所谓的两步过程，更紧凑，更小的打印机可以实现。首先，第一个光子将分子转移到中间状态。在第二步中，第二个光子将分子从中间态转移到期望的激发态，并开始化学反应。优点是，与双光子吸收相反，两个光子的吸收不一定在同一时间发生。“在这个过程中，可以使用紧凑型和低功率的连续波激光二极管，”该研究的第一作者，来自KIT的应用物理研究所(APH)的Vincent Hahn说。所需的激光功率远低于传统的激光指示器。不过印刷需要特定的光刻胶。APH的Martin Wegener教授说:“这些光刻胶的开发已经花了好几年的时间，只有与化学家合作才能实现。”

两步吸收光引发剂的简化能级模型和速率方程计算。

 Vincent Hahn说:“出版物显示这个想法是可行的，甚至比以前使用的双光子吸收更好。”对于Martin Wegener来说，这种优势是显而易见的:“用一个大行李箱那么大的飞秒激光器，花费几万欧元；用一个针头那么大的半导体激光器，花费不到10欧元，两者之间有很大的区别。现在，3D激光纳米打印机的其他部件也必须小型化。在我看来，未来几年，一个鞋盒大小的设备将成为现实。它甚至比我在KIT公司桌上的激光打印机还要小。”通过这种方式，3D激光纳米打印机可能会让很多人负担得起。专家们已经在讨论3D激光打印技术的大众化。

颜色变化:右边用新型光刻胶印刷的微柱面呈白色，因为光在其海棉状结构中分散，而用常规光刻胶印刷的柱面呈透明。来源：3DMM2O

来源：Two-step absorption instead of two-photon absorption in 3Dnanoprinting, Nature Photonics (2021). DOI: 10.1038/s41566-021-00906-8