编者：中喷网 墨宸
3D 打印技术历经多年快速迭代，如今早已不再局限于样品模型制作，从小型构件到精密机械零部件都可实现成型，这项技术带来的定制化制造能力，为医疗等众多行业打开了全新空间，从业者能够按需生产各类医疗器械、患者护理专用组件。但在纳米制造赛道，传统技术长期卡在速度与成本两大难题上，高精细度的纳米级 3D 打印，一直难以走出实验室规模化应用。
香港中文大学机械及自动化工程系陈世基教授对此表示，纳米 3D 打印技术应用前景广阔，但居高不下的成本，成为技术普及路上最大的阻碍。为破解行业痛点，陈世基教授带领港中大感知与交互智能创新中心（CPII）团队，研发出飞秒投影纳米打印机，有望替代主流的双光子光刻技术。这套全新平台融合光片技术与先进光聚合工艺，在打印速度、制造成本上实现突破性优化，同时兼容多种材料，为纳米尺度 3D 打印开辟了全新路径。
传统双光子光刻属于光聚合工艺，依靠光学扫描器引导单束激光，逐点固化半透明光敏树脂，一层层堆叠成型三维结构。这套工艺可以制作结构复杂的微小器件，但效率低下、造价昂贵。据介绍，想要打印一个仅 5 毫米大小的组件，耗时最长可达一周，制作成本高达 5 万港元。即便科研人员能够依托该设备，在材料、生物、医疗领域做出极具创新性的纳米样品，高昂的时间与资金成本，也限制了技术走向更广范围的产业落地。
陈世基教授团队的创新思路跳出单点扫描框架，不再依靠单一激光束逐点加工，而是把激光能量转化为极薄的可编程光片。随着光片移动，动态切换投影图案，自下而上塑造三维结构，这种被命名为投影式双光子光刻的新工艺，实现了精度与效率的同步提升，打印速度最高提升一千倍。
速度跃升的同时，生产成本也迎来断崖式下降。传统设备所用激光器单价高达一两百万港元，使用寿命仅有约 3 万小时。新工艺大幅缩短微纳构件的激光加工时长，减少激光器损耗，整体生产成本最高降低 95%，让纳米制造的商业化可能性显著提高。
新材料兼容能力，是这款飞秒投影纳米打印机另一大亮点。传统双光子打印设备大多只能使用特定光敏聚合物，材料选择十分受限。而港中大这套新平台支持以水凝胶作为打印介质，可制造多材料复合的复杂三维结构。水凝胶本身具备良好柔韧性与生物修复特性，在医疗领域尤其是妇科相关应用场景潜力巨大。团队已经成功制备出尺寸仅 20 纳米的水凝胶结构，厚度大约只有普通纸张的五千分之一。陈世基教授介绍，该系统能够高精度制备大尺寸、高复杂度三维结构，有望打造面向未来的新一代微纳制造平台。
目前相关探索仍在持续推进，团队尝试把金属等各类纳米颗粒嵌入水凝胶基材开展打印测试。初步实验结果十分理想，打印成型结构组装密度高、分辨率达标，材料原有功能可以完整保留，结构收缩之后依旧维持导电性能，成功实现贵金属功能特性的保留。接下来，团队将持续优化设备稳定性，并基于后续实验成果，发表同行评审学术论文，持续夯实这项纳米制造技术的科研基础，推动技术从实验室走向产业应用。
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