微纳3d黑色金属材质参数3D打印技术应用:AFM探针

原标题:微纳3d黑色金属材质参数3D咑印 以小见大 发丝上的舞蹈

微纳3d黑色金属材质参数3D打印是在原子力显微镜平台上通过微流控制技术和电化学的方法实现微纳3d黑色金属材质參数3D结构成型可以在70微米的成型空间相当于人的头发丝截面内完成打印,且具备一定的机械性能可实现2微米细节,可打印材料包括金银,铜铂等。

在直径0.06mm的头发上进行3d黑色金属材质参数3D打印相信很多人听了都觉得不可思议无法完成什么机器可以完成在头发丝上进荇打印?现在跟大家介绍一下这款亚微米分辨率的3d黑色金属材质参数 3D打印机 由Exaddon AG开发的CERES系统可在环境条件下直接3D打印3d黑色金属材质参数。該系统通过增材制造来构建亚微米分辨率的复杂结构从而在微电子,MEMS和表面功能化等领域开辟了新视野

CERES系统的示意图。该系统由直观嘚操作员软件控制位于防震台上。控制器硬件位于桌子下方

逐个体素和逐层执行打印过程,该过程允许90° 悬垂结构和独立式结构3d黑銫金属材质参数打印工艺是基于体素的。体素定义为基本3D 块体素以定义的坐标逐层堆叠,形成所需的2D或3D

几何形状没有支撑结构的独立式结构和90°悬垂角度是可行的,带来了真正的设计自由度。通过离子尖偏转的实时反馈使打印过程自动化。当体素到达完成时,体素的顶侧与尖端相互作 用,使悬臂偏转微小量。该过程非常类似于以接 触模式运行的AFM悬臂。如果达到用户定义的偏转阈值则将体素视为已打印。然后将尖端快速 缩回至安全的行进高度然后移至下一个体素。

悬臂的体素坐标打印压力和挠曲阈值在csv文件中指定。该文件已加载到咑印机的操作员软件中csv文件由Exaddon提供的设计助手(即所谓的Voxel Cloud Generator)生成。或者可以通过任何能够导出纯文本文件的第三方软件来生成文件。

建立 用于打印结构的电化学装置。稳压器施加电压以控制还原反应体素由离子溶液构成,通过微流体压力控制器将离子溶液从离子尖端中推出该微流体压力控制器以小于1mbar的精度调节施加的压力。在恒电位仪施加的适当电压下还原反应将3d黑色金属材质参数离子转化为凅体3d黑色金属材质参数。客户定义的离子溶液以及Exaddon提供的离子墨水可用于保证打印质量离子溶液的一个例子是硫酸铜(CuSO4)在硫酸 (H2SO4)中嘚溶液。在工作电极上发生以下反 应:Cu2 +(aq)+ 2e-→Cu(s)

像大多数电镀技术一样,电解池也需要导电液槽才能工作在这种情况下,打印室将茬pH = 3的水中充满硫酸以使电流流动。对于在其上发生沉积的工作电极需要导电表面稳压器控制用户定义的电位,并通过石墨对电极在电囮学电池中提供电流Ag / AgCl参比电极用

于测量工作电极电势。将所有电极浸入支持电解质中两个高分辨率摄像头(顶视图和底视图)可实现離子头装载,打印机设置和打印结构的可视化内置了计算机辅助对齐功能,可以在现有结构上进行打印用于在例如芯片表面上预定义嘚电极上打印。该软件在打印期间和之后向用户提供每个体素遇到的成功失败或困难的反馈。CERES系统还执行其他过程例如2D纳米光刻和纳米颗粒沉积。该系统开放且灵活因此用户也可以设计定制的沉积工艺。CERES系统是用于学术和工业研究的有前途的工具它在微米级3d黑色金屬材质参数结构的增材制造中提供了空前的成熟度和控制能力。

目前微纳3d黑色金属材质参数3D打印更多应用在微纳米加工、微纳结构研究、呔赫兹芯片、微电路修复、微散热结构、微米高频天线、微观雕塑等领域让这些领域中很多不可能变成了可能。更多关于3D打印的介绍请搜索关注云尚智造欢迎您来咨询交流。

在我国经济进入新常态的背景下以3D打印等新兴技术为核心的智能制造在传统产业的转型升级和结构性调整中扮演十分重要的角色。3D打印技术与工业4.0战略相结合使更多資源要素和生产要素的整合变得更为方便快捷,将在未来智能制造过程中发挥重要的引领和支撑作用课题组主要聚焦于两种3D打印技术:

1 聚醚醚酮高温3D打印成型技术

骨缺损修复是当今医学基础研究与临床治疗的重点。修复材料的选择与造型成为其研究的关键之一现今聚醚醚酮(PEEK)因具有突出的生物兼容性、X射线可透射性、与人体骨骼相近的力学性能等性能优点,被认为是最具应用前景的人工骨材料之一聚醚醚酮材料虽具有优异的生物及理化性能,但是材料成型温度高导致成型时温度骤降易引起打印成型件收缩变形,造成成型件精度降低难以满足医疗个性化的精度要求。

1 PEEK 高温3D打印成型设备示意图

课题组发展了封闭式高温成型腔体减小PEEK 3D打印试样的收缩变形。控制成型环境接近材料玻璃化温度避免成型温度骤降,从而提高成型件的形状精度同时采用倒扣式腔体结构,实现可拉伸性从而实现打印兩倍于腔体高度的PEEK试样。聚醚醚酮FDM成型工艺的工艺参数也会对材料的力学性质产生重要影响通过设计一系列正交的实验,系统考察喷头內径、成型温度、打印层厚等独立因素对于成型质量的影响并且通过工艺优化,使得PEEK试样的最高平均拉伸强度可达到74 MPa接近传统注塑成型零件的拉伸性能。

2 PEEK材料拉伸试样断面的SEM图和模型样件

2 光固化3D打印技术

光固化3D打印技术(SLA)因成型精度高、速度快、易操作而实现了大規模的普及光固化立体成形(SLA与DLP技术)基于光敏树脂的光聚合原理,采用激光器发出的紫外强光使液态光敏树脂逐层固化最后堆积成彡维实体。为提高SLA 3D打印工艺的成型精度和速度先进材料设计实验室与美国FSL公司研发中心共同研发出具有独立知识产权的SLA 3D打印机(线成型)和DLP 3D打印机(面成型)。同时针对3D打印市场对不同颜色和不同力学性能的树脂的需求,先进材料设计实验室研发出多种颜色体系、柔性連续可调控、以及可以水洗的各种功能树脂配方综合性能优良,成功实现了产业化

3 联合研发的SLA/DLP 3D打印机及打印件实物

课题组在3D打印相關的研究成果

[1] 史长春, 胡镔, 陈定方, 陈蓉, 单斌. 聚醚醚酮3D打印成型工艺的仿真和实验研究[J]. 中国机械工程, 2017.

[3] 胡镔, 胡万里, 史长春, 等. 基于多物理场耦合的高温FDM喷嘴热—应力仿真分析南昌工程学院学报, ):71-73.

[4] 高玉乐, 单斌, 史长春, 等. 基于3D打印技术的柔性电子电路的快速成型工艺研究. 印刷电路信息, -8+23.

[5] 单斌, 王遠伟, 陈蓉, 高玉乐, 史长春. 一种用于3D打印的可调节防漏液双喷头结构(ZL.2)

[6] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL.1)

[7] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL.X)

[8] 单斌,史长春陈蓉,陈双竹鹏辉,何文杰高玉乐. 一种3D打印恒温成型腔体(.0)

[9] 单斌,史长春陈蓉,胡镔陈双,高玉乐董德超. 一种可升降耐高温3D打印喷头装置(.6)

[10] 单斌, 史长春, 王建明, 高涛, 甘勇, 高玉乐. 一种3D打印机喷头装置(.3)

[11] 单斌, 胡校斌, 高涛, 史长春, 张森. 一种3D打印机平台调平装置(.X)

[13] 陈蓉, 高玉乐, 单斌, 史长春, 董德超, 陈安南, 林骥龙. 一种可升降式注射挤出3D打印机构(2)

微流控( Microfluidics)是一门在微米尺度下研究鋶体的处理与操控的技术微流控技术从初的单一功能的流体控制器件发展到了现在的多功能集成、应用非常广泛的微流控芯片技术,在汾析化学、医学诊断、细胞筛选、基因分析、输运等领域得到了广泛应用相比于传统方法,微流控技术具有体积小、检测速度快、试剂鼡量小、成本低、多功能集成、通量高等特点 

用于生物检测的微流控芯片

核酸检测,作为一种分子诊断技术包括核酸提取、扩增和检測,对微生物分析、医学诊断、及时就医等起着根本性的作用目前核酸检测存在工作量大、成本高、而且耗时长等问题,显著影响了其茬诊断中的应用微流控技术的出现有效推动了核酸检测技术的发展,以微流控芯片为平台的核酸提取技术、扩增技术以及核酸检测技術,将核酸的提取、扩增、检测技术集成到一个微装置

基于微流控芯片的核酸检测原理

2019年年末出现的某某病毒,目前已在全球范围内爆發面对突发的重大传染性疫情,核酸检测技术的作用更加凸显催生了相关产业产品的需求,尤其以微流控平台为基础的核酸检测技术短期内行业快速响应,紧急部署资金投入
国内不少公司已在此展开布局,如科华生物、达安基因、博晖科技等它们都在微流控相关領域有不错的表现,并且在疫情期间较早推出相关技术产品不过,中国的微流控芯片技术产业化仍处在早期阶段还是个巨大的蓝海的市场。

「 微流控器件制造工艺 」

采用微纳3D打印的微流控芯片

传统用于制作微流控芯片的微加工技术大多继承自半导体工业其加工过程工序繁多,且依赖于价格高昂的先进设备加工过程都需要在超净间内完成,工序复杂近年来,3D打印技术逐渐被应用于微流控芯片的制造

加工 PDMS / 塑料采用的倒模加工技术( A) 与微立体光刻技术对比( B)

目前越来越多的研究者开始采用微纳3D打印技术直接打印制作微流控芯片,或者打印絀可以使用PDMS倒模的微流控芯片的模具采用微纳3D打印技术,可以显著简化微流控芯片的加工过程在打印材料的选择上也非常灵活,除了各种聚合物材料外还可以直接打印生物材料。采用微纳3D打印技术制造微流控芯片极大地降低了微流控芯片的技术门槛和加工成本对微鋶控芯片技术的推广应用有着非常积极的意义。

本公司所代理的微纳3D打印设备具有10微米的打印精度可配套多种不同应用特点的复合材料,包括生物兼容性树脂、高硬度硬性树脂、耐高温树脂等复合材料打印尺寸为94mmX52mmX45mm的器件,已应用于微流控芯片制造等相关领域具有良好嘚应用前景。

地址:上海市徐汇区漕河泾新兴技术开发区桂平路481号15号楼

参考资料

 

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