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国内外有哪些微纳级、纳米级3d打印技术和厂商?

Old World Labs(OWL)

纳米级高精度3D打印

OWL Nano不像用镜子反射激光束到目标位置的其他立体光刻打印机,OWL Nano将它的激光源放在离打印结构仅几个厘米的位置。因而减少了光束的变形,可形成高度可调的、单束的激光,这种激光可以聚焦到100纳米那么小的区域里。OWL Nano的激光还能和下面的打印物体形成完美的90度垂直夹角,让3D打印更加均衡。

MC-1技术规格:

分辨率:1微米

精度:100纳米(机械能力)

准确度:+/- 500纳米

重复性:99%

最大打印尺寸:15厘米×15厘米×15厘米

打印速度:1英寸^ 3 /小时

使用材料:光致聚合物

重量:80磅

外形尺寸:26L×18W×26H英寸

电源输入:110VAC

工作温度:72degF

德国TETRA

双光子聚合纳米3D打印机TETRA是一家德国公司,拥有超过40名高技能的工程师,主要开发、生产和销售包括传感器、机器人和自动化方面的产品。尽管这些产品适用于不同行业,但是他们的专业之一就是针对微型和纳米技术生产高度专业化的测试和制造系统。其他的客户包括生命科学、电子行业和材料行业的用户。

TETRA推出的TETRA纳米3D打印机,该机器主要使用双光子聚合技术,并号称能够打印出世界最小的纳米级3D对象。双光子聚合是一种光刻工艺,主要使用超短脉冲激光来固化液体光敏材料。在实际操作中有点类似于现在的SLA技术,使用激光束固化焦点区域的材料,只不过尺寸要小得多。

 

“打印区域的尺寸可以通过激光功率和仅有几微米的聚焦直径来确定。”TETRA公司的Norman Petzold称,“固化区域的直径最低可以小于100纳米,从而可以以非常高的分辨率打印纳米结构。”该纳米3D打印机被设计为在工业环境中使用,并且能够小批量生产。

整体上,这款3D打印机最大打印尺寸为30×30×30毫米,精度达400纳米,精度比当前市场上的纳米3D打印机提高10倍。

Schwarz-P细胞的细胞培养支架(反射电子显微镜画面)

用于培养骨细胞的纳米结构

目前,TETRA的纳米结构已经被用在组织工程和细胞培养方面,其高分辨率的支架可支持细胞成长,同时也可针对不同类型的细胞进行优化。另外,其纳米结构的设计还可以根据指定孔径的大小、壁密度和材料成分进行调整。其他应用包括光电子、微系统技术和传感器等。

中科院理化所双光子3D打印

中科院理化所该实验室目前已经可以使用双光子3D打印技术打印出直径为18nm的悬空线和玻璃基板上35nm的纳米线结构。基于多光子激光直写加工技术,该研究团队近年来取得了一系列研究成果,如高分辨3D水凝胶结构,手性互补超颖材料,高透光率的有序金属网格透明电极结构。

在光学界顶级期刊《Laser & Photonics Review》发表论文[Laser Photon. Rev. 10(4), 665-672 (2016), Three-dimensional Luneburg lens at optical frequencies],引起了广泛关注。该论文开创性地利用纳米级的3D打印技术——超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维Luneburg透镜器件,其大小仅相当于人类头发直径的1/2,第一次将真三维的Luneburg透镜的工作波段从微波推广至光波段,使对三维Luneburg透镜的研究从宏观的微波领域转向光学领域迈进了坚实的一步,该研究成果将进一步促进微小光学和变换光学的发展,并打开了纳米级3D打印技术在微纳米器件领域中的全新应用。

但是目前该技术主要是用在科研领域,产业应用方面有待进一步开拓。随后,南极熊参观了正在进行双光子3D打印的设备,整套设备由高端的激光器、复杂的光路和精度极高的显微设备构成,由于保密限制南极熊暂时无法公开照片。
但是,近几年郑老师团队在对双光子3D打印设备进行系统集成和改造后,推出了一套小型的双光子3D打印解决方案,可以实现稳定的双光子3D打印研究,目前该设备主要适用于科研领域。

△中科院理化所的双光子3D打印解决方案

韩国电子技术研究所韩国电子技术研究所(KERI)宣布他们发明了一种新的3D打印技术,可以有效操控银纳米颗粒墨水,从而制造出纳米级的银结构,推动电子行业发展,尤其是可穿戴电子产品这个目前越来越火爆的部分。

这项技术是由KERI联合韩国的汉阳大学、高丽大学,以及中国的香港大学联合研发的,原理是用一种半月板形的结构来控制银纳米颗粒,然后通过层层堆积的方式创建出3D实体(有些类似FDM技术)优点在于可以让材料保持良好的流动性,实现高质量连续打印。

技术所用的墨水是由银纳米颗粒和一种聚丙烯酸构成的。丙烯酸在被挤出时会迅速蒸发,带走大量的热,令银纳米颗粒迅速凝固。值得一提的是在打印完成后,银结构还需要通过微波进行加热处理,才能获得更高的结构完整性。

目前,研究者们已经通过打印出许多不同的银结构证明了这种技术的确可行(上图),同时也通过串联LED的方式证明了这些3D打印的银结构确实拥有良好的导电性。

弗劳恩霍夫激光技术研究所

100纳米分辨率的DLP-MPP 3D打印机

在LightFab GmbH,Bartels Mikrotechnik GmbH和Miltenyi Biotec GmbH的帮助下,弗劳恩霍夫激光技术研究所ILT的工程师目前正在构建一台结合了DLP(数字光处理)和MPP(多光子聚合)3D打印技术的3D打印机,该项目名字为“通过UV聚合和多光子聚合的组合在增材制造中实现高生产率和细节”,被简称为HoPro-3D。

HoPro-3D项目由欧盟和北莱茵 - 威斯特法伦州资助,旨在缩小快速3D打印与超精确3D打印之间的差距。具有亚微米分辨率的MPP 3D打印机的最大缺点是它们的速度;因为它们使用来自低功率激光器的脉冲来产生单个UV光子,它们一次仅固化材料的体素(3D像素的一个像素)。而DLP是最快的3D打印方法之一。相比之下,MPP 3D打印的分辨率为100 nm(纳米),比10μm的DLP 3D打印高1000倍。

将这两种技术都放入3D打印机可以快速制造出具有亚微米细节的更大固体。例如,具有微机械和微流体系统的可植入生物医学装置可以是3D打印的。甚至像镜头和棱镜这样的光学功能元件也可以集成到物体中。通过将该技术与由光控制的3D打印微结构相结合,可以将基于光的电路3D打印到更大的组件上。

 

系统配备了发射波长为365 nm的高性能LED和具有高清分辨率的DLP芯片; MPP模块使用飞秒激光器和快速扫描仪和显微镜光学器件。它是“两全其美”的3D打印机。HoPro-3D项目在2018年11月开始运行三年,届时它们很可能会拥有一台用于市场销售的机器。

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