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yl23455永利高精度微纳3D打印手艺

       在IC芯片、生物芯片工程、微纳功效质料的研究和应用中,光刻手艺饰演了不可或缺的角色。使用微纳光刻手艺与增材制造的原理,开发的微结构3D打印手艺是一项前瞻性、战略性手艺。由于其工程应用性强,领域跨度大,对未来先进制造业,尤其是高端制造、功效器件的生长十分主要。然而,已有的3D打印手艺在打印精度、幅面上仍难以知足高精度器件的研究与应用需求。例如,针对生物应用领域,3D 打印手艺仍未有用解决打印尺寸与打印精度不可兼顾的难题。

 

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图1为打印用于组织工程领域实现载体支架打印。3D打印手艺为生物科学研究和医疗诊断要领提供了新的可能性,然而3D打印手艺在生物领域的应用也面临不少局限性,主要体现在打印精度和打印幅面无法知足应用要求。

 

       一方面,基于超快激光的双光子效应的立体造型手艺,可实现小到0.1 μm的3D结构打印,然而,由于其单束串行打印模式,事情效率极低,幅面�。ㄊ傥⒚祝�,达不到高精度生物芯片的研制的要求。另一方面,基于紫光投影的光固化立体造型手艺,受限于现有浸没型打印模式、光学投影系统区分率与数据处置惩罚的影响,打印的横向精度(特征尺寸)大于60微米的结构,难以知足生物芯对细小结构、较大面积的制作要求(参考文献1)。因此,高精度微纳3D打印系统虽有很大市场需求,却一直是未能攻克的难题。

       yl23455永利研发团队使用在大面积微纳直写装备、大数据图形设计与处置惩罚、R2R纳米压印手艺的研制与应用方面的恒久手艺积累,将微纳光刻光路系统应用于3D打印的光学结构中,将3D打印系统的横向打印精度提高了一个数目级。

       差别于以往立体光固化(SLA) 3D打印机,被打印物体均是浸没在胶槽中,纵向打印精度由光斑聚焦深度决议的要领(拜见图2,参考文献1),横向与纵向打印区分率都低。

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图2 古板SLA 3D打印模式示意图

       团队发明了“涂层-曝光-疏散”的新的打印模式,获得了更高的纵向(分层)打印精度。 团队开发的逐层涂布,逐层打印微结构的光固化疏散的新型SLA 3D打印手艺,使3D物体纵向打印精度显著提高。攻克了以往SLA 3D打印机,后继打印层历程对已打印层有较大影响的共性难题。研制的“微纳3D打印系统Multi-μ 3D Printer”,可打印极高精度的微3D结构。横向精度(特征结构)5μm-25μm(投影区分率1微米),纵向精度(层厚)2μm-20μm。3D打印的测试效果如下图3:

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横向结构测试:锥状顶5微米,底50微米,高150微米

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层厚测试:最小层厚2微米

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空心柱测试:壁25微米,高180微米。侧壁平滑清晰,共焦显微镜拍摄

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空心柱开孔测试:孔边长50微米;渐变3D打印样品(右)SEM照片

图3 微纳3D打印的测试样品

 

       上述高精度3D打印机将是微纳3D打印系统之一。团结微纳压印/转印手艺,微纳3D打印系统Multi-μ 3D Printer,有望在生物芯片、传感器、MEMS器件制备等方面施展主要作用。

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图4 高精度微纳3D打印系统:Multi-μ 3D Printer照片

 

       如用于细胞检测的高深宽比的微柱阵列等种种生物芯片(下图)和通常要领不可够实现的微纳结构的3D打印。

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图5 生物芯片结构示意图

参考文献:

  1. 3D printed microfluidic devices: enablers and barriers, http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/lc/c6lc00284f

  2. T. Billiet, M. Vandenhaute, J. Schelfhout, S. Van Vlierberghe and P. Dubruel, Biomaterials, 2012, 33, 6020–6041

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