Sviluppo del multi

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4781 (2023) Citare questo articolo

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La stereolitografia a due fotoni (TPS) è ampiamente utilizzata per la fabbricazione di varie strutture tridimensionali (3D) con risoluzione di fabbricazione inferiore al micron in un unico processo di fabbricazione. Tuttavia, il TPS non è adatto per microstrutture con motivi a fori fini. Il processo di ablazione laser può essere facilmente praticato o realizzato fori in vari materiali. Nel caso dell'ablazione laser, tuttavia, il piano focale del laser è fisso e si limita al piano di lavorazione. In questo studio, viene studiato un processo di ablazione multidirezionale per applicare l'ablazione laser a vari piani di lavorazione di una microstruttura 3D fabbricata mediante il processo TPS. Si prevede che un processo di fabbricazione ibrido 3D con i vantaggi sia del TPS che dell’ablazione laser migliorerà l’efficienza della fabbricazione. Il processo ibrido 3D viene proposto basandosi su un'unica sorgente laser. La microstruttura è fabbricata utilizzando TPS e il processo di ablazione multidirezionale crea un foro nella parte laterale della microstruttura 3D. Per sviluppare il processo di ablazione multidirezionale, il sistema di specchi riflettenti dovrebbe essere progettato per ruotare in modo adattabile il piano focale del laser e guidare il percorso del laser per il piano di processo target. Attraverso vari esempi, dimostriamo la capacità del processo di ablazione multidirezionale con vari esempi.

Recentemente, la necessità di un processo di fabbricazione efficace legato alla nanotecnologia (NT), alla biotecnologia (BT) e alla tecnologia dell'informazione (IT) è cresciuta in modo significativo nello sviluppo di nano/microdispositivi 3D e di sistemi altamente integrati. Le tecniche di micro e nanofabbricazione includono la litografia soft1,2, la fotolitografia3,4 e l'incisione5,6 utilizzando una combinazione di queste tecniche e sono stati fabbricati vari nano/microsistemi. Sono state impiegate tecnologie avanzate per la progettazione più complessa di strutture, litografia olografica7,8, autoassemblaggio9,10 e scrittura diretta laser11,12,13. In particolare, la scrittura diretta tramite laser presenta vantaggi significativi per la fabbricazione di strutture tridimensionali poiché il percorso di scansione laser è controllato in base ai dati di progettazione assistita da computer (CAD) tridimensionale. La scrittura diretta laser prevede due metodi: metodi additivi e sottrattivi.

La scrittura diretta utilizzando un laser a femtosecondi (DWFL) è un efficace nano/microprocesso 3D. DWFL è un metodo senza maschera, semplice ed economico per la fabbricazione di nano/microstrutture 2D e 3D. Il processo additivo di DWFL (ovvero, processo di stereolitografia a due fotoni; TPS) ha forti meriti per la fabbricazione diretta di microstrutture 2D e 3D con risoluzione inferiore al micron14,15,16,17. Tuttavia, il TPS presenta alcune limitazioni. Ad esempio, la risoluzione e la velocità di fabbricazione del processo additivo sono insufficienti per le applicazioni su scala nanometrica18,19. Alcune di queste limitazioni possono essere migliorate utilizzando il processo sottrattivo di DWFL. Un tipico processo sottrattivo è l'ablazione mediante un laser focalizzato ad alta potenza. Il micropattern ablato può essere scritto utilizzando la scansione laser secondo il percorso progettato.

Sono stati condotti numerosi studi sui metodi di fabbricazione ibridi, che presentano i vantaggi sia dei processi additivi che sottrattivi. Ad esempio, la limitata risoluzione di fabbricazione del processo additivo può essere migliorata utilizzando un processo sottrattivo20. Utilizzando il processo TPS, è difficile realizzare una microstruttura con un foro o un piccolo spazio vuoto. Un piccolo foro o interstizio tende a solidificarsi e bloccarsi a causa della sovrapposizione delle potenze del laser21,22. Inoltre, il percorso di scansione laser inefficace per la struttura tridimensionale provoca tempi di fabbricazione lunghi23,24. Tuttavia, il processo di ablazione laser è adatto per creare fori nelle strutture. Pertanto, impiegando il processo di fabbricazione ibrido di TPS e ablazione laser, la nano/microstruttura tridimensionale può essere fabbricata in modo efficace con maggiore precisione e tempi di fabbricazione più brevi.