世艾：Rayshape3D打印精密零部件助力微流體核酸檢測(cè)儀研發(fā)

來(lái)源：Rayshape

上海世艾生物科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“世艾”）是生物檢測(cè)領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)型公司，公司致力于研發(fā)領(lǐng)先的并且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端生命科學(xué)檢測(cè)產(chǎn)品。現(xiàn)在，世艾正運(yùn)用3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微流體相關(guān)的高端生命科學(xué)檢測(cè)產(chǎn)品研發(fā)，而便攜式核酸檢測(cè)儀就是研發(fā)的重中之重。

△世艾前臺(tái)門頭

疫情之下，核酸檢測(cè)儀催生微流體技術(shù)的研發(fā)
全球新冠疫情的突然而至和令人震驚的上升突顯了快速的疾病檢測(cè)的重要性。測(cè)試疾病的能力不僅可以更好地控制疾病以防止進(jìn)一步擴(kuò)散，還可以使流行病學(xué)家收集更多信息，以更好地理解原本看不見的神秘威脅。從揭示的傳播途徑到增加的感染率，全球范圍內(nèi)已經(jīng)意識(shí)到檢測(cè)傳染病的重要性。而世艾正是因此萌生了制作便攜式核酸檢測(cè)儀的初衷。

常態(tài)化疫情防控下的檢測(cè)痛點(diǎn)
現(xiàn)有的核酸檢測(cè)儀大多龐大笨重，需要在特定的場(chǎng)合、地點(diǎn)來(lái)完成檢測(cè)試驗(yàn)，位移難度較大。正是基于此，世艾創(chuàng)新性研發(fā)了可以靈活布局的便攜式核酸檢測(cè)儀，期許讓檢測(cè)不局限于特定的時(shí)間地點(diǎn)，可以隨時(shí)隨地靈活完成。

△世艾研制的大而笨重的初代核酸檢測(cè)儀

世艾的萬(wàn)老師介紹道，世艾研發(fā)的便攜式核酸檢測(cè)儀，其中的核心技術(shù)就是“微流體”�！拔⒘黧w技術(shù)是研究可以通過使用微小尺寸的微小通道（通常為幾十到幾百微米）來(lái)處理少量流體的技術(shù)。雖然這項(xiàng)技術(shù)還處于發(fā)展階段，但是微流體技術(shù)正迅速成為一項(xiàng)突破性技術(shù)，可應(yīng)用于從生物學(xué)、化學(xué)到信息技術(shù)和光學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域�！�

△世艾研制的便攜式核酸檢測(cè)儀

要將已有的檢測(cè)設(shè)備便攜化，更要實(shí)現(xiàn)滿足微流體檢測(cè)設(shè)備的諸多要求，則不得不談對(duì)精密零部件的制造，而世艾也因此走了不少?gòu)澛贰?br />
制造精密部件的不同嘗試均不甚滿意
早期，世艾采用的是CNC加工制造零部件，但由于涉及到微孔加工，價(jià)格高不說(shuō)，精度準(zhǔn)度也打上了問號(hào)。“由于便攜式核酸檢測(cè)儀是以前沒有過的項(xiàng)目，所以零部件很可能需要多次更新迭代，而用CNC加工的方式，必須做到一次成型，這意味著很難反復(fù)修改。長(zhǎng)此以往，研發(fā)周期過長(zhǎng)，還不一定能有滿意的效果。”萬(wàn)老師如是表示。

△紅框內(nèi)箭頭所指物體為需要3D打印的連接器

隨后，世艾還采購(gòu)了FDM的設(shè)備，該設(shè)備打印儀器外殼還好，但是，在打印精密零部件的尺寸精度方面卻捉襟見肘。而針對(duì)手頭的預(yù)算，世艾亦無(wú)法采購(gòu)價(jià)格超百萬(wàn)的“微納”3D打印機(jī)，于是經(jīng)過多方探尋比較，世艾最終選定了Rayshape的設(shè)備。

微流體技術(shù)與Rayshape 3D打印的融合滿足儀器迭代設(shè)計(jì)
“我們現(xiàn)在研制的檢測(cè)儀連接器的孔徑是360微米，這是用Rayshape定制的FG 1- 32.5μm（FG 1后續(xù)升級(jí)為P200系列）的3D打印機(jī)所打印出來(lái)的，效果比我們想象的要好很多。”

△黑色大機(jī)體為世艾采購(gòu)的Rayshape定制設(shè)備實(shí)拍

Rayshape可以根據(jù)需求定制小光斑尺寸的設(shè)備機(jī)型，此外，Rayshape的高性能材料作為輔助，兼具精度、強(qiáng)度與韌性，足以實(shí)現(xiàn)高精細(xì)微小的打印需求。

△Rayshape 3D打印的高精度催化劑載體

“Rayshape提供的解決方案，與傳統(tǒng)研發(fā)相比，不僅降低了成本，更節(jié)約了研發(fā)迭代的時(shí)間�！比f(wàn)老師表示，微流體技術(shù)非常有用，因?yàn)樗�允許將生化應(yīng)用從實(shí)驗(yàn)室龐大設(shè)置縮減到便攜式格式。而Rayshape的3D打印可以創(chuàng)造出新一代智能、響應(yīng)靈敏的自主設(shè)備，能夠以復(fù)雜的方式對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知和采取行動(dòng)，并減少人為干預(yù)。

△3D打印的芯片槽

當(dāng)用于創(chuàng)建具有功能操作的芯片時(shí)，Rayshape 3D打印優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法的好處變得明顯：“直接打印原件的做法對(duì)于原件設(shè)計(jì)具有前所未有的優(yōu)勢(shì)，由于Rayshape 3D打印允許對(duì)各種設(shè)計(jì)進(jìn)行快速測(cè)試、適配和快速原型制作，因此加快了設(shè)備開發(fā)的進(jìn)程�！�

打印微流體零部件的成本核算
微流體連接器零部件在世艾沒有采購(gòu)3D打印機(jī)之前是使用外發(fā)CNC加工的，因?yàn)榭讖郊?xì)，樣件小，對(duì)微孔加工的要求就很高。

△CNC加工的零件與3D打印的零件對(duì)比

△3D打印樣件對(duì)比1元錢硬幣

這就導(dǎo)致了單個(gè)連接器的成本在上百元之多，大大超出了預(yù)算。為此，使用Rayshape 3D打印在精度零件方面的作用就變得非常有價(jià)值：

• 單個(gè)成本效用價(jià)值明顯
• 打印多個(gè)的小批量生產(chǎn)與打印單個(gè)所耗費(fèi)的成本時(shí)間相同
• 無(wú)需一次一體成型，方便研發(fā)迭代
• 研發(fā)周期大幅縮短
  

△成本對(duì)比

而一臺(tái)便攜式設(shè)備儀器上擁有至少8個(gè)連接器，折算下來(lái)一臺(tái)設(shè)備節(jié)省了將近1000元，在研發(fā)時(shí)間上也能縮短一周左右的時(shí)間。這些客觀的數(shù)據(jù)都足以證明，世艾使用Rayshape的3D打印設(shè)備，其研發(fā)成本和周期大幅度縮減，使得產(chǎn)品迭代變得快速，研發(fā)人員的效率有了穩(wěn)步提升。

P200系列的特性
不單單是世艾采購(gòu)的這款Rayshape設(shè)備，整個(gè)P200系列在保證高精度的前提下，均提供了一定的定制化性能——支持光斑尺寸定制服務(wù)。其光斑尺寸可在 32.5  μm 至 65 μm 之間定制，用于超高打印精度，可輕易實(shí)現(xiàn)100μm級(jí)別的細(xì)節(jié)再現(xiàn)。

△Rayshape 3D打印在顯微鏡下的效果

不僅如此，P200 系列采用進(jìn)口工業(yè)級(jí) DLP 光機(jī)，畸變極小，光均勻度高，光衰極低，且可承受 7*24小時(shí)的生產(chǎn)級(jí)使用強(qiáng)度，可滿足批量化生產(chǎn)的需求。

高性能專用光敏樹脂，結(jié)合超小光斑的定制 DLP 光機(jī)，使P200 系列 DLP 3D 打印機(jī)適合用于高性能精密器件的直接制造。此外，P200 系列的成型倉(cāng)內(nèi)置大功率熱風(fēng)加熱系統(tǒng)，可以在 10 分鐘內(nèi)將成型倉(cāng)的溫度加熱至 60℃。

△Rayshape P200系列設(shè)備

縱觀P200的打印特性，這些均可為醫(yī)療器械、精密電子、科研院所等行業(yè)與企業(yè)帶來(lái)全新機(jī)遇。

3D打印搭載微流體在醫(yī)療產(chǎn)品便攜化、智能穿戴化方面的市場(chǎng)機(jī)遇
3D打印技術(shù)在微流體領(lǐng)域的現(xiàn)在和未來(lái)影響是不可忽視的。由于承接了3D打印的固有特征，微流體設(shè)備的開發(fā)就已經(jīng)變得無(wú)限，涉及諸如體系結(jié)構(gòu)、尺寸和生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)量等因素。所有這一切目前都可以通過3D打印及其高度自動(dòng)化的制造工藝實(shí)現(xiàn)，這種工藝可以實(shí)現(xiàn)同樣無(wú)限的再現(xiàn)性和可定制性。

現(xiàn)如今，傳統(tǒng)醫(yī)療器械行業(yè)紛紛借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展將智能化設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合，正在實(shí)現(xiàn)智能化醫(yī)療服務(wù)，逐步減輕掛號(hào)難、看病難等諸多醫(yī)療問題。而且隨著5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的不斷完善，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的各方面功能也會(huì)越來(lái)越成熟。相信隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，醫(yī)療器械行業(yè)向便攜化、智能化發(fā)展是趨勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)這一路徑的關(guān)鍵便是精細(xì)化3D打印。

“可以說(shuō)Rayshape為疫情防控是做出了重要貢獻(xiàn)的。”萬(wàn)老師表示，未來(lái)，世艾希望與Rayshape展開更加深度的合作，共同研發(fā)更高精細(xì)度的3D打印機(jī)用于高端生命科學(xué)相關(guān)的檢測(cè)產(chǎn)品，從而適配更加精密的打印需求，為推動(dòng)3D技術(shù)普惠以及流行病的防控檢測(cè)盡一份力。