纳米级与微米级3D打印技术凭借卓越的设计灵活性及制造效率，为微光学、微机械等领域的创新开辟了关键路径，并持续推动相关技术发展。近年来，商业领域对可生产微纳尺度物体的3D打印技术需求显著增长，其中双光子聚合（TPP/2PP）技术成为核心发展方向。

双光子聚合（TPP/2PP）属于微尺度3D打印范畴，是先进的增材制造技术。其基础原理由大阪大学丸尾翔树（ShojuMaruo）、中村修（OsamuNakamura）和川田聪（SatoshiKawata）于1997年首次提出。此后，该技术经多轮迭代，众多企业通过专利布局推动其商业化进程。

双光子聚合的工作原理

双光子聚合本质基于光聚合机制：定向光照射触发合成树脂中单体的聚合反应，分子通过交联形成聚合物链，最终硬化并构建三维结构。尽管所有光聚合工艺共享此基础机制，但TPP的实施方式独具特色。

TPP可与立体光刻（SLA）技术类比——后者通过激光逐点固化液态树脂，逐层构建物体。两者核心差异在于光子与材料的交互机制：SLA依赖连续光辐射直接触发聚合，而TPP采用聚焦激光（通常为可见光或红外波段），仅在焦点区域精准激活材料，故得名“双光子”。

关键区别在于激活机制：TPP中，聚合反应仅在分子同时吸收两个光子时触发，因此需极高光强度。激光焦点的中心区域光强度最大，聚合反应仅在此精确位置发生。

激光聚焦与材料固化特性

激光能量在焦点区域高度集中，实现感光聚合物的局部可控固化，周围材料保持液态。TPP需采用超短脉冲（约几飞秒）激光，以产生足够高的光子通量，确保焦点处同时吸收两个光子。通常所选波长本身不会被树脂吸收，但通过极端聚焦与脉冲式辐射的协同作用，仅在受限体积内诱导双光子吸收。

因此，树脂仅在激光焦点处反应，激光可穿透多层材料而不影响非目标区域，仅目标位置完成聚合。结合计算机对光束的精准控制，可逐点构建三维结构。激光的高聚焦性与高强度是纳米级复杂结构制造的关键。曝光完成后，需通过溶剂处理去除未固化的树脂。TPP3D打印的物体具备超高精度，分辨率可达25纳米以下。

生产效率与适用场景

极高分辨率通常伴随较长生产周期。因工艺需逐点固化材料，大型物体的打印时间显著增加，故TPP更适用于小型部件生产。在微纳尺度（约100纳米至几厘米）上，该技术展现出无约束的设计能力，可构建复杂且任意形态的结构。

应用领域与材料选择

TPP在狭小空间内需极高精度的领域应用广泛，尤其在微光学领域，可用于制造显微镜微透镜、光纤尖端等组件；在微机械领域，支持微芯片生产；微电子与微流体领域则用于制造各类微型组件及复杂设备。

医疗领域是TPP的重要应用方向。其可设计支架结构以促进细胞增殖与组织修复，或在细胞/分子水平上制造个性化植入物，利用患者自身材料降低排斥风险，有望缓解供体植入物短缺问题。该技术正逐步成为推动多领域创新的尖端工具。

材料选择取决于具体应用需求。环氧树脂、光刻胶、水凝胶是TPP最常用的材料，有机材料及复合材料的应用也在逐步拓展。例如，混合聚合物可制造陶瓷或预陶瓷结构以提升稳定性。

行业主要厂商与技术进展

TPP3D打印系统的领先企业包括Nanoscribe（德国）、UpNano（奥地利）、Microlight（法国）、MultiphotonOptics（德国）及Moji-Nano-Technology（中国）。Nanoscribe开发了“双光子灰度光刻”专利工艺，其QuantumX设备是全球首款基于该技术的工业级3D打印机，QuantumXShape则专注于快速原型与批量生产。UpNano的NanoOne系列被公认为全球速度最快的高分辨率打印系统，其NanoOneBioSystem专为活细胞3D生物打印设计。

多数厂商同步提供配套材料。例如，UpNano推出UpBlack（适用于光学系统的黑色2PP材料）及与Cubicure合作开发的耐高温塑料UpThermo；Microlight3D提供microFAB材料（如MicroFAB-3D）。此外，弗劳恩霍夫研究所在材料开发与TPP优化方面成果显著，除生物应用材料外，还在专有平台上推进技术迭代。

随着各行业对微纳制造需求的多样化，双光子聚合技术凭借其多功能性，正加速渗透至医学、微光学、微电子等领域，为重大创新与工业发展提供关键支撑。