微納級(jí)DLP技術(shù)3D打印樹(shù)脂、金屬、陶瓷

有人對(duì)南極熊說(shuō)過(guò)，3D打印最強(qiáng)大最有前途的應(yīng)用，可能在于微納結(jié)構(gòu)的制造，因?yàn)槌叨忍?xì)，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(shí)，復(fù)雜的三維微納結(jié)構(gòu)材料，在微機(jī)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(mén)檻往往也非常高。微納尺度 3D打印被美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的《技術(shù)評(píng)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(rèn)為是一項(xiàng)國(guó)際化難題, 也是當(dāng)前國(guó)際上學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn), 以及亟待突破的瓶頸問(wèn)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(lái)自佛山的3D打印企業(yè)開(kāi)發(fā)的3D打印將傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)逼進(jìn)微納尺度。

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

△各種3D打印方式與對(duì)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(dá)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(dá)到這個(gè)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(duì)于1-10微米微米和亞微米尺度這個(gè)區(qū)間來(lái)看，傳統(tǒng)的各種打印方式就很難滿(mǎn)足了，而這個(gè)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(duì)于小于1微米尺度來(lái)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(guò)這些制備手段太過(guò)高端且昂貴，不利于普及。
  

△ 指尖上的埃菲爾鐵塔，鐵塔蘊(yùn)含豐富的細(xì)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(jìn)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(lái)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(rèn)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(jìn)一步提高，他認(rèn)為從三個(gè)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(zhǎng)，這個(gè)跟半導(dǎo)體技術(shù)里的光刻很類(lèi)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(jì)更匹配的紫外聚焦成像光學(xué)系統(tǒng)。
  

△進(jìn)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(jìn)式曝光機(jī)、無(wú)掩膜Maskless曝光機(jī)的工藝手段，將類(lèi)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(jì)了高功率型的更低波段的紫外LED光源，光學(xué)工程師們?cè)O(shè)計(jì)了匯聚型的光學(xué)鏡頭及紫外光路，軟件工程師又進(jìn)一步處理匯聚之后的畸變和光場(chǎng)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(jìn)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了精度更高與他們?cè)O(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(xì)節(jié)圖像



△應(yīng)用：高精透鏡和微電子

目前來(lái)說(shuō)，最實(shí)際的應(yīng)用莫過(guò)于科研領(lǐng)域了，科研工作者有了這個(gè)設(shè)備，就可以打印各種微納結(jié)構(gòu)的材料，美美的在國(guó)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(jià)格很親民。

范博士對(duì)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(shí)，認(rèn)為DLP打印提供的從面到體比其它FDM、SLA方式的從點(diǎn)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(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化進(jìn)程的技術(shù)。所以深耕DLP技術(shù)，始終瞄準(zhǔn)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(gè)打樣的技術(shù)向生產(chǎn)技術(shù)過(guò)渡。目前光壘人基于DLP 3D打印技術(shù)已開(kāi)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?！?br />
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(dòng)態(tài)，請(qǐng)關(guān)注。
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