微納級DLP技術(shù)3D打印樹脂,、金屬,、陶瓷

有人對南極熊說過,，3D打印最強大最有前途的應(yīng)用,，可能在于微納結(jié)構(gòu)的制造,，因為尺度太精細,，使用減材的辦法難度高,，但使用增材的辦法，就變得容易很多,。

同時,，復(fù)雜的三維微納結(jié)構(gòu)材料，在微機電系統(tǒng),、光學(xué)工程,、生物醫(yī)療、精密制造,、光子晶體,、半導(dǎo)體、傳感器等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和巨大的產(chǎn)業(yè)需求,。技術(shù)門檻往往也非常高,。微納尺度 3D打印被美國麻省理工學(xué)院(MIT)的《技術(shù)評論》列為2014年十大具有顛覆性的新興技術(shù),。
△圖：各種微納結(jié)構(gòu)(引自Adv. Mater. 2017, 29, 1701850)

高效、低成本,、批量化制造復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)(尤其是大面積復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu))一直被認為是一項國際化難題, 也是當前國際上學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點, 以及亟待突破的瓶頸問題,。這些復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)能否利用3D打印技術(shù)批量化制造，最近一家來自佛山的3D打印企業(yè)開發(fā)的3D打印將傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)逼進微納尺度,。

如何制備微納尺度的三維結(jié)構(gòu),，關(guān)鍵問題是提高3D打印的分辨率。

△各種3D打印方式與對應(yīng)的分辨率

• 在100微米尺度以上,，一般現(xiàn)在的FDM,、DLP和SLA都能夠達到，比如打印各種模型,、玩具,、工件等等民用領(lǐng)域；
• 在10-100微米百微米尺度范圍內(nèi),，DLP和SLA打印精度能夠達到這個尺度,，典型的應(yīng)用如牙醫(yī)、珠寶首飾等領(lǐng)域,，典型的打印精度要求在50-100微米左右,；
• 對于1-10微米微米和亞微米尺度這個區(qū)間來看，傳統(tǒng)的各種打印方式就很難滿足了,，而這個領(lǐng)域?qū)��?yīng)的應(yīng)用有光刻,、制版、半導(dǎo)體,、透鏡鏡片精密加工等眾多領(lǐng)域,；
• 對于小于1微米尺度來看，有些高精尖的科研手段可以制備,，比如采用雙光子吸收,、光全息聚合或者電子束加工這些方式，不過這些制備手段太過高端且昂貴,，不利于普及,。
  

△ 指尖上的埃菲爾鐵塔，鐵塔蘊含豐富的細節(jié)
2018年2月4日,，光壘智造向南極熊爆料,，他們將DLP 3D打印技術(shù)的分辨率推進到微米亞微米尺度。

光壘智造全名是佛山市光壘智能制造有限公司,，技術(shù)來源于中山大學(xué)和北京化工大學(xué),，這是一家從事3D打印技術(shù)的高科技企業(yè)，他們是怎么解決的,？

光壘智造的范冰豐博士認為,，在各種現(xiàn)有的3D打印技術(shù)中（除雙光子吸收,、光全息、電子束等科研手段外）,，只有DLP打印才有可能將分辨率進一步提高，他認為從三個層面提高DLP的打印分辨率：

• 選擇像素更小的DMD微鏡,；
• 減小LED光源的波長,，這個跟半導(dǎo)體技術(shù)里的光刻很類似，現(xiàn)在制造CPU的技術(shù)都在用極紫外光曝光技術(shù),；
• 設(shè)計更匹配的紫外聚焦成像光學(xué)系統(tǒng),。
  

△進一步提高DLP打印精度的措施

范博士早年從事LED半導(dǎo)體芯片的制造，熟悉諸如半導(dǎo)體光刻,、Stepper步進式曝光機,、無掩膜Maskless曝光機的工藝手段，將類似工藝引入到DLP技術(shù)中,。光壘智造的LED芯片工程師設(shè)計了高功率型的更低波段的紫外LED光源,，光學(xué)工程師們設(shè)計了匯聚型的光學(xué)鏡頭及紫外光路，軟件工程師又進一步處理匯聚之后的畸變和光場均勻度調(diào)教,，這樣才將DLP 3D打印精度推到了亞微米微米尺度,。

尤其重要的是，目前大多數(shù)進口的光敏固化材料精度大概在10-100微米左右,，設(shè)備打印精度卻在10微米以下,，光壘智造的化工團隊設(shè)計了精度更高與他們設(shè)備匹配的光敏材料，使得打印微納結(jié)構(gòu)能夠成功,。


△三維密堆積微納結(jié)構(gòu),，下圖為高倍顯微鏡下的細節(jié)圖像



△應(yīng)用：高精透鏡和微電子

目前來說，最實際的應(yīng)用莫過于科研領(lǐng)域了,，科研工作者有了這個設(shè)備,，就可以打印各種微納結(jié)構(gòu)的材料，美美的在國際頂尖期刊灌水,。光壘的微納尺寸打印設(shè)備目前可接受定制,，價格很親民。

范博士對南極熊介紹了光壘智造的理念,，“光壘看到了3D打印領(lǐng)域在各行各業(yè)巨大的應(yīng)用前景,，在分析各種3D打印技術(shù)手段時，認為DLP打印提供的從面到體比其它FDM,、SLA方式的從點到面到體的打印方式從原理上就快得多,，是DLP技術(shù)是最有可能推進3D打印產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化進程的技術(shù)。所以深耕DLP技術(shù),，始終瞄準DLP技術(shù)朝著高速率,、高精度和大尺寸方向發(fā)展,，只有這樣，3D打印技術(shù)才能從一個打樣的技術(shù)向生產(chǎn)技術(shù)過渡,。目前光壘人基于DLP 3D打印技術(shù)已開發(fā)了高分子材料,、金屬材料和陶瓷材料三大打印技術(shù)，并且將DLP技術(shù)的打印精度提高到微納尺度,，打印尺寸提高了數(shù)倍,。”

關(guān)于光壘智造的DLP金屬打印技術(shù),、DLP陶瓷打印技術(shù)和DLP大尺寸打印技術(shù),，南極熊將繼續(xù)發(fā)布其動態(tài)，請關(guān)注,。
對微納尺度的3D打印技術(shù)感興趣,？可聯(lián)系南極熊。