微納級DLP技術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用，可能在于微納結構的制造，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，復雜的三維微納結構材料，在微機電系統(tǒng)、光學工程、生物醫(yī)療、精密制造、光子晶體、半導體、傳感器等諸多領域有著廣泛的應用和巨大的產業(yè)需求。技術門檻往往也非常高。微納尺度 3D打印被美國麻省理工學院(MIT)的《技術評論》列為2014年十大具有顛覆性的新興技術。
△圖：各種微納結構(引自Adv. Mater. 2017, 29, 1701850)

高效、低成本、批量化制造復雜三維微納結構(尤其是大面積復雜三維微納結構)一直被認為是一項國際化難題, 也是當前國際上學術界和產業(yè)界的研究熱點, 以及亟待突破的瓶頸問題。這些復雜微納結構能否利用3D打印技術批量化制造，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打印技術逼進微納尺度。

如何制備微納尺度的三維結構，關鍵問題是提高3D打印的分辨率。

△各種3D打印方式與對應的分辨率

• 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、工件等等民用領域；
• 在10-100微米百微米尺度范圍內，DLP和SLA打印精度能夠達到這個尺度，典型的應用如牙醫(yī)、珠寶首飾等領域，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，而這個領域對應的應用有光刻、制版、半導體、透鏡鏡片精密加工等眾多領域；
• 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，技術來源于中山大學和北京化工大學，這是一家從事3D打印技術的高科技企業(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，這個跟半導體技術里的光刻很類似，現(xiàn)在制造CPU的技術都在用極紫外光曝光技術；
• 設計更匹配的紫外聚焦成像光學系統(tǒng)。
  

△進一步提高DLP打印精度的措施

范博士早年從事LED半導體芯片的制造，熟悉諸如半導體光刻、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技術中。光壘智造的LED芯片工程師設計了高功率型的更低波段的紫外LED光源，光學工程師們設計了匯聚型的光學鏡頭及紫外光路，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，設備打印精度卻在10微米以下，光壘智造的化工團隊設計了精度更高與他們設備匹配的光敏材料，使得打印微納結構能夠成功。


△三維密堆積微納結構，下圖為高倍顯微鏡下的細節(jié)圖像



△應用：高精透鏡和微電子

目前來說，最實際的應用莫過于科研領域了，科研工作者有了這個設備，就可以打印各種微納結構的材料，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打印領域在各行各業(yè)巨大的應用前景，在分析各種3D打印技術手段時，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技術是最有可能推進3D打印產業(yè)化和工業(yè)化進程的技術。所以深耕DLP技術，始終瞄準DLP技術朝著高速率、高精度和大尺寸方向發(fā)展，只有這樣，3D打印技術才能從一個打樣的技術向生產技術過渡。目前光壘人基于DLP 3D打印技術已開發(fā)了高分子材料、金屬材料和陶瓷材料三大打印技術，并且將DLP技術的打印精度提高到微納尺度，打印尺寸提高了數(shù)倍�！�

關于光壘智造的DLP金屬打印技術、DLP陶瓷打印技術和DLP大尺寸打印技術，南極熊將繼續(xù)發(fā)布其動態(tài)，請關注。
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