摩方精密
微纳3D打印专家
2022/05/17 09:23
目前，微米尺度金属结构的增材制造主要采用三种策略：微立体光刻模板的金属化、金属材料的转移-烧结以及原位金属合成。其中，基于金属离子局部电化学还原反应的电化学沉积3D打印技术采用原位金属合成的方式，无需进行任何后处理。该技术使用金属盐溶液作为原料，在打印过程中，金属盐溶液通过打印喷嘴喷射到导电基底上，当溶液接触到基底时，金属离子发生还原反应形成金属沉积层。
本研究论文介绍了一种基于力学控制的金属电化学沉积3D打印技术，该技术采用中空原子力显微镜(AFM)悬臂梁在标准三电极电解池中局部喷涂金属离子，从而发生局部电镀反应。中空悬臂梁偏转反馈信号可以实时监测体素的生长，进而实现打印过程的自动化；而且该技术无需进行参数校准，可在导电基底任意位置进行打印。基于以上优势，该技术可自动成型任意形状的3D结构。研究人员利用该技术打印了两个不同比例的大卫雕像铜复制品。虽然铜是最合适的电沉积金属，但该技术同样适用于可宏观电镀的所有金属。
图1. 基于力学控制的电化学沉积3D打印技术制备两个并排支柱的示意图
图2. 比例为1:10000和1:70000的大卫雕像复制品的SEM图。a-c：比例为1:10000、高度为700μm的复制品；图a插图、图b插图及d图：比例为1:70000、高度为100μm的复制品
原文链接：
https://doi.org/10.3390/mi11010006
关于摩方精密
重庆摩方精密科技有限公司(BMF，Boston Micro Fabrication)从事微纳3D打印设备的研发、生产及销售，专注于高精密3D打印领域。摩方精密采用面投影微立体光刻（PμSL: Projection Micro Stereolithography）技术，该技术具有成型效率高、加工成本低等突出优势。作为高精密增材制造领域的领军企业，已和众多全球知名企业开展业务合作，包括GE医疗、美国强生、日本电装、安费诺、泰科电子等，产品广泛应用在连接器、精密医疗器械、消费电子、精密加工等行业。
摩方精密也与瑞士Exaddon AG公司合作，在中国区进行微纳金属3D打印设备提供服务和推广。基于电化学沉积技术的金属微增材制造技术，Exaddon创新地设计了微纳金属打印系统CERES。CERES可以在室温下以亚微米级分辨率打印复杂的微金属结构，尺寸从1 μm到最大1000 μm(人类的头发一般为80～90μm)，并且无需进行后处理。
Exaddon CERES 微纳金属3D打印系统
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2017-05-09 16:04
来源:
粉体网_hb1_wtg
一、引言
3D打印技术被认为是“一项将要改变世界的技术”，第三次工业革命的重大标志。复杂三维微纳结构在微纳机电系统、生物医疗、新材料、新能源、微纳传感器和印刷电子等领域有着巨大的产业需求，微纳尺度3D打印在复杂三维微纳结构、高深宽比微纳结构以及复合材料三维微纳结构制造方面具有突出的潜能和优势，而且还具有设备简单、成本低、可使用材料种类多、无需掩模或模具、直接成形的优点。
二、微纳尺度3D打印研究进展
随着3D打印和微纳科技的迅猛发展，为了满足不同领域和行业的需求，近年国内外研究人员已经开发出多种类型微纳尺度3D打印工艺、打印材料和转隔壁，并应用于多种领域和行业。
微立体光刻
微立体光刻是在传统3D打印工艺—立体光固化成型基础上发展起来的一种新型微细加工技术，与传统的SL工艺相比，它采用更小的激光光斑、数值在非常小的面积发生光固化反应，微立体光刻采用的层厚通常是1~10μm。根据层面成型固化方式的不同划分为：扫描微立体光刻技术和面投影微立体光刻技术。前者加工效率较低、成本高，后者通过一次曝光可以完成一层的制作，成本低，极大提高工作效率。
基于双光子聚合激光3D直写
基于双光子聚合激光3D直写提不同于传统的微粒体光刻，它是基于双光子聚合原理，是目前实现纳尺度3D打印最有效的一种技术。与现有的其他工艺相比，双光子聚合能够制造出更高分辨率的三维微纳结构。
电喷印
电喷印亦称为电流体动力喷射打印，由Park和Rogers等人提出和发展的一种基于电流体动力学微液滴喷射成型沉积技术，与传统喷印技术采用“推”方式不同，EHD喷印采用电厂驱动以“拉”方式从液锥顶端产生极细的射流。电喷印具有兼容性好、成本低、结构简单、分辨率高等优点，尤其是对于高黏度液体能够打印出比喷头结构尺寸低一个数量级的图案。目前它已经被看作最具有应用前景的微纳尺度3D打印技术之一。
微激光烧结
微激光烧结是在传统3D打印SLS基础上开发的一种微尺度3D打印技术。微激光烧结所制造的结构其分辨率和粗糙度都提高一个数量级。
电化学沉积
电化学沉积是一种制作任意形状三维金属微结构技术。它可以直接批量生产复杂三维、高深度比微尺度金属结构。EFAB能够制作出各种微机械器件，MEMS，微光机电系统，还可以将其用于一些特殊领域。尤其是可以直接、快速、批量生产出复杂、高深度比三维金属微结构。
三、微纳尺度3D打印典型应用
1
超材料和先进材料
微纳尺度3D打印为超材料、复合材料、功能梯度材料、变密度材料的研制提供了一种强有力的工具使得许多原本是概念性的设计成为现实，尤其是超材料成功开发对于航空航天、高速列车、汽车等行业具有非常重要的意义。
2
生物组织器官和血管
德国弗劳霍夫研究所的科学家采用基于双光子聚合激光直写3D打印技术尝试制造“人造血管”。打印出来的血管可以与人体组织相互“沟通”，不会遭器官排斥，打印时使用的“墨水”是生物分子与人造聚合体。当然，这只是目前人们的良好愿望，能否做到真正的无免疫排斥，可能还有一段路要走。但无论如何，这项技术为未来血管外科发展会带来非常大的变化，甚至是革命性的变化。
四、微纳尺度3D打印材料
材料是微纳结构增材制造技术最重要的工艺要素之一，对于所制造的微纳结构的精度、分辨率、性能等有非常重要的影响。
3D打印所使用材料总的发展趋势是:可重复利用、功能性材料。此外，能够提高分辨率、生产效率也是其重点发展方向。
五、微纳尺度3D打印面临挑战、未来发展方向及趋势
尽管微纳尺度3D打印已经取得重大的进展和突破，但在打印分辨率、效率、成本、可靠性、装备等方面还不能满足当前组织工程、航空航天、生物医疗、微纳光学等行业的实际工程要求，尤其是目前还不能成功打印出功能性毛细血管，严重制约了组织器官的普及和实用化。
面投影微立体光刻、双光子光刻、微激光烧结、亚微尺度的多材料电喷印系统、CLIP代表着未来微纳尺度3D打印的发展方向。复合3D打印技术、大面积宏/微/纳跨尺度3D打印、多喷头和多材料3D打印、柔性电子器件3D打印、纳尺度4D打印是未来几年亟待突破的方向，工业级微纳尺度3D打印设备，低成本、环保、功能打印材料、复合材料、纳米材料以及生物兼容材料是未来微纳尺度3D打印技术亟待突破的领域。毛细血管、轻量化材料、超材料、组织器官、柔性电子、微纳光学器件、亚微尺度复杂三维金属结构/零件的制造是当前微纳尺度3D打印在应用方而的研究热点。
此外，基于物理/化学/生物等原理的微纳结构增材制造新方法与新工艺，复合微纳尺度3D打印、4D打印技术以及基于微纳结构增材制造的宏/微/纳跨尺度研究也是未来重点亟待突破的方向。
尽管目前3D打印还处于发展初期，面临许多挑战难题，但其潜力和社会需求以及影响力是巨大的。
文章来源：《中国科学》杂志社
作者：兰红波、李涤尘、卢秉恒
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