CADworks3D推出ProFluidics 285D：多應用微流體 3D 打印機

2023年9月18日,，南極熊獲悉,，加拿大3D打印機制造商和3D材料開發(fā)商CADworks3D推出了一款專為微流體應用設計的高精度DLP 3D打印機：ProFluidics 285D,。這種革命性的機器重塑了研究人員對微流體器件制造的思考方式,，并為昂貴,、耗時耗力的傳統(tǒng)制造技術提供了一種新的替代解決方案。

相反,，ProFluidics 285D開辟了簡化且易于實施的工作流程。它是一種多功能機器,，一臺 3D 打印機可以生產各種微流體器件,，例如具有封裝功能的透明器件、PDMS 器件的母模以及生物相容性器件或結構,。搭配上 CADworks3D 的 3D打印材料系列,，研究人員可以可靠地生產 100μm 通道，甚至更小,，具體要取決于設備的設計,。

ProFluidics 285D 的設計人員表示：“CADworks3D 的最終目標是通過為微流體研究人員提供一個經(jīng)濟實惠、易于采用且多功能的 3D 打印系統(tǒng)來增強他們的能力，而且所有這些都不會犧牲高分辨率打印質量,�,！�

△圖 A. ProFluidics 285D 的技術規(guī)格。 圖片來自 CADworks3D,。

標準 DLP 3D 打印如何工作,？

數(shù)字光處理 (DLP) 是聚合 3D 打印或樹脂 3D 打印中最常用的技術之一，可將數(shù)字計算機輔助設計 (CAD) 轉化為可用的 3D 對象,。這項技術的支柱是數(shù)字投影儀,，它將紫外線照射到稱為數(shù)字微鏡設備 (DMD) 的微鏡陣列上。這些鏡子將紫外線反射到一層光敏樹脂上,，并使其固化成要打印的物體的形狀,。這個過程逐層重復，直到創(chuàng)建整個對象,。（見圖 B,，左側）。

CAD 文件被分割成多個層,，類似于CT 掃描的切片,。每層進一步分為像素網(wǎng)格，每個像素對應于 DMD 中的一個單獨的鏡子,。打印圖層時,，投影儀會激活與構建 CAD 文件所需的像素相對應的鏡子。當鏡子被激活時,，它們將紫外線反射到液體樹脂上,，并將其精確地固化在像素上。當鏡子停用時,，它們不會發(fā)光,，從而使這些樹脂區(qū)域未固化。（參見圖 B 右側）投影像素尺寸以微米 (μm) 表示,，與打印機技術規(guī)格中列出的 XY 分辨率一致,。

△圖 B.DLP 3D 打印技術工作原理的描述。 圖片來自 CADworks3D,。

ProFluidics 285D 如何超越標準 DLP 3D 打�,。捍蛴�極其平滑的曲線和形狀

當 CAD 文件的某些部分平分像素時會發(fā)生什么？標準 DLP 打印機將評估設計覆蓋給定像素的程度,，并使用二進制舍入函數(shù)在打印過程中激活或停用整個像素,。結果是設備表面具有明顯的方格圖案和階梯狀曲線（見圖 C，左側）,。通常,，設備最終會偏離原始 CAD 文件。

ProFluidics 285D 以其動態(tài)像素優(yōu)勢解決了這個問題。ProFluidics 285D 提供 28.5μm 的動態(tài) XY 分辨率,，在精確解析設計特征方面（甚至是平分像素的設計特征）提供了顯著改進,。打印設備與預期設計非常相似，與現(xiàn)有可用平臺相比,，立方體圖案和噪音的出現(xiàn)被最小化（見圖 C,，右側）。借助這項技術,，ProFluidics 285D 可以成功打印具有 180 度轉彎,、復雜蛇形通道和其他復雜幾何形狀的特征。

△圖 C. 比較標準 DLP 打印機和ProFluidics 285D 的打印結果,。圖片來自 CADworks3D,。

應用 1：透明封裝設備

ProFluidics 285D 可以生產不同類別的微流體裝置，第一種是具有封裝通道和功能的透明裝置,。

這些封裝通道的可行性和規(guī)模是這些設備的關鍵方面,，借助 CADworks3D 的透明微流體樹脂，ProFluidics 285D 表現(xiàn)出色,。只需一次打印作業(yè)即可制造器件,，無需組裝多個部件，并且 XY 方向打印的封裝通道可精細至 80μm,。研究人員還可以創(chuàng)建更多新穎的設計,，結合 Z 高度的變化，例如螺旋線圈（見圖 D）,。

后處理是一個快速而簡單的過程,。根據(jù)設備的高度，打印即用設備的整個過程可以在一個多小時內完成,。無需表面涂層或拋光即可實現(xiàn)光學透明度,，從而消除了其他方法和材料所需的幾個通常繁瑣的后處理步驟。透明微流體樹脂在熒光燈下呈惰性,，使其適用于顯微鏡和成像,。

△圖 D. 透明微流體裝置，具有 100μm 通道和圍繞一系列腔室的 200μm 螺旋線圈,。 在 ProFluidics 285D 上打印,。 圖片來自 CADworks3D。

應用2：PDMS器件母模

當使用光刻等傳統(tǒng)技術時,，母模的制造成本高昂、耗時且艱巨,。ProFluidics285D 將主模具的制造從潔凈室轉移到工作臺一側,，從而明顯加快了流程。研究人員能夠在短短幾個小時內 3D 打印、清潔和固化主模具,，并在一個工作日內鑄造出 PDMS 設備并準備好粘合到基材上,。

借助 CADworks3D 的PDMS Device Resin 主模具，您可以打印通道寬度小至 50um 的模具,。打印的模具展現(xiàn)出卓越的細節(jié)和光滑度,，平均測量 Ra 值為 0.18μm。這些打印母模非常耐用,，可以承受在烤箱中鑄造和固化 PDMS 所需的溫度,，并且可以重復使用，從一個母模鑄造數(shù)百個 PDMS 器件,。

光聚合物樹脂經(jīng)過精心配制,，無需任何脫模劑、涂層和其他預處理工藝即可成功清潔 PDMS 鑄件,。此外,，打印母版不會將任何化學物質滲入到鑄造的 PDMS 上，因此所得的 PDMS 器件保留了其生物相容性,。

△圖 E. 在 3D 打印母模中鑄造的PDMS 器件,。 融合了 50μm-300μm 之間的多種設計特點； 來自蛇形通道,、微球和孔,。 在 ProFluidics 285D 上打印。 圖片來自 CADworks3D,。

應用 3：生物相容性設備和結構

ProFluidics 285D 擴展了生物相容性設備的主題,，在開放材料系統(tǒng)上運行，使用戶能夠使用第 3 方材料進行打印,。它裝有配備 385nm LED 光源的投影儀,，因此，ProFluidics 285D 可以使用市場上提供的多種生物相容性 3D 樹脂進行打印,，用于生物支架等用途（見圖 F）,。

3D 打印生物支架的一個獨特特性是能夠打印交錯的晶格結構（見圖 G）。這創(chuàng)建了一個更加隨機的結構,，使細胞能夠沿著偏差生長并促進更均勻的生長分布,。以Detax Freeprint Ortho Resin 為例，ProFluidics 285D 能夠在短短一個多小時內打印生物支架,，其支柱細至 100μm,，間距范圍在 700μm-1400μm 之間。

△圖 F. 具有 100 µm 支柱且間距在700 µm-1400 µm 之間的生物支架,。 在 ProFluidics 285D 上打印,。 圖片來自 CADworks3D,。

△圖 G. 構成圖 F 中 3D 打印生物支架的交錯晶格的 3D 渲染。圖片來自 CADworks3D,。

致力于推動微流體研究

現(xiàn)有的 3D 市場通常提供從其他行業(yè)重新利用的微流體解決方案,，因此研究人員的需求和打印機的功能之間經(jīng)常存在差距或完全不匹配。微流體設備需要低于 100 微米的打印精度,，而許多主流平臺無法提供所需的規(guī)�,；蛸|量。

CADworks3D 的ProFluidics285D和材料在配制時僅考慮了微流體應用,。它們共同為研究人員提供了完整的套件,，滿足了對更精細打印特征的需求，封裝通道和開放通道的最小通道尺寸分別為 80μm 和 50μm,。它支持新的創(chuàng)新工作流程,，節(jié)省研究人員的時間、勞動力和金錢成本,。只需幾個小時就可以生產三到五臺設備,，每臺設備 5g，成本約為 2.05 美元 -2.55 美元,。與傳統(tǒng)的制造方法或將制造外包給第三方 3D 打印服務的成本相比,，使用完整的內部 3D 打印平臺的好處變得顯而易見。