利用惰性液體約束界面的高精度光固化打印

供稿人：武文澤、高琳 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

立體光刻技術(shù)(SLA)具有高分辨率和可大面積打印等優(yōu)點，被應用于微器件3D打印等領域。但是傳統(tǒng)SLA在打印過程中靜摩擦力使得聚合層粘附在固體約束界面上，剝離時產(chǎn)生的機械分離力導致工藝可靠性差，并限制打印部件的幾何結(jié)構(gòu)設計。 為克服這一局限性，來自佛羅里達大學的Toshikazu Nishida教授團隊利用與光敏樹脂不混溶的惰性液體作為約束界面，減輕逐層打印和連續(xù)打印模式下打印結(jié)構(gòu)所受的靜摩擦力，從而提高了打印精度，并實現(xiàn)了具有多尺度幾何形狀的微結(jié)構(gòu)和功能器件的制造。 該研究選用氟化碳基氟化油作為惰性液體，與打印材料產(chǎn)生惰性液體界面（打印死區(qū)），在死區(qū)處進行打印材料的光聚合。由于惰性液體在打印剝離過程中的可變形性質(zhì)，全過程中打印結(jié)構(gòu)幾乎不受機械分離力的影響（圖1）。

圖1 使用惰性液體約束作為界面的光固化打印技術(shù)

研究人員通過利用惰性液體約束界面，逐層打印了各種3D微器件（圖2）。通過對3D打印微器件進行金屬化，實現(xiàn)了功能性微機電設備（電熱致動器）的制造，相比于高精度打印常用的雙光子制造方法，該方法可使其用于具有更大橫截面積的結(jié)構(gòu)制造。該技術(shù)能夠在連續(xù)打印和逐層打印之間進行靈活的轉(zhuǎn)變，在保證精度的同時擴大了打印工藝窗口，可用于生物醫(yī)學設備、功能性微機電設備傳感器和執(zhí)行器、微型機器人、射頻組件等新型設備的開發(fā)。

圖2 使用惰性液體約束界面制造的3D微型器件

參考文獻：
BHANVADIA A A, FARLEY R T, NOH Y, et al. High-resolution stereolithography using a static liquid constrained interface [J]. Commun Mater, 2021, 2(1):