Поглед към микро 3D печата - Уникален поглед към технологията на адитивното производство

Като цяло повечето иновации в производствената индустрия са разработени около способността да се произвеждат големи 3D отпечатани части. Въпреки това, с нарастващото търсене на миниатюрно оборудване в областта на електрониката, биотехнологиите, автомобилостроенето и космонавтиката, хората все повече се интересуват от технологията на производство на микро добавки. И така, колко голям е пазарът за малки части? В този брой, въз основа на анализа на JRg Smolenski, мениджър бизнес развитие на Nanoscribe, 3D Science Valley и Guyou се събират, за да разберат основните принципи и различните видове технологии за производство на микродобавки, както и основните предимства на производството на микродобавки технология, която може да помогне на пазара да върви напред и областите, които трябва да бъдат подобрени.

Микро 3D технология за печат

NanoScribe

Незаменимото на малкия свят

Терминът производство на микро добавки обикновено се използва взаимозаменяемо с 3D микрообработка или високопрецизно производство на добавки, но всъщност те не са точни синоними. Като цяло адитивното производство се отнася повече до промишлената производствена среда, а 3D микро обработката е общ термин, описващ всички методи, като метода на фотолитографията, който е много популярен и широко използван в производството на MEMS (това е огромен зрял пазар и методът е много зрял). Има много други 3D методи за микрообработка, като методи за микрофлуидика, цифрови методи, базирани на електронно-лъчева литография и т.н.

За да се илюстрира състоянието на технологията за производство на микродобавки, се приема, че при 3D принтирането част първо се конструира и описва цифрово чрез точков масив, където точка (воксел) представлява минимална единица за печат. Размерът на воксела варира от нанометър до макроскопичен. Следователно процесът на микро 3D печат изисква използването на микронни или субмикронни воксели, което е от решаващо значение за производството на микро продукти. Следователно, терминът „микро 3D печат“ се отнася до производството на ултрависоко прецизни, малки части, чиято форма не може да бъде постигната чрез използване на процес на микро леене под налягане и други видове традиционни производствени процеси.

Според 3D Science Valley има два различни фокуса в развитието на технологията за 3D печат, единият от които е широкоформатната технология за 3D печат. Друг акцент е върху микро аспекта, тоест технологията за 3D печат, способна да произвежда прецизни и микро устройства. Микро нано 3D печатът може да произведе сложни и фини устройства, което е въплъщение на предимствата на технологията за 3D печат, или ще преобърне индустрията за производство на прецизни устройства.

Малката сила променя света! 3D Science Valley веднъж сподели, че основната технология на компанията за 3D печат на микронно ниво Cytosurge идва от ETH Цюрихския технологичен университет. Въз основа на своята патентована технология FluidFM, разработва, произвежда и продава иновативни високопрецизни нанотехнологични метални 3D принтери. Тази технология представлява технология за флуидна микроскопия и има много приложения в науките за живота и биофизиката.

В Китай бъдещата интелигентна 3D прецизна производствена технология с точност до микронно ниво на West Lake ще компенсира пазарната празнина от стотици нанометри до стотици микрони в прецизната обработка в електронни и оптични полета чрез интегриране на метал, керамика, магнитни материали, полимери, и т.н.

Когато частта бъде измерена до дебелина на слоя от 5 микрона и разделителна способност от 2 микрона в едноцифрени микрометри, започва процесът на микро 3D печат. Интересното е, че някои производствени процеси с микродобавки могат да произвеждат компоненти, измерени в нанометри (nm), 1000 пъти по-малки от микрон. За да визуализират по-добре какво представлява това ниво на микропроизводство, например, хората обикновено помнят, че средната ширина на човешката коса е 75 микрона, докато диаметърът на човешката ДНК нишка е 2,5 нанометра.

При миниатюризацията контролът на общите размери е от решаващо значение и микро 3D принтирането може да постигне „следващото ниво“ на миниатюризация. По-конкретно, приложения като електроника, оптика, полупроводници, медицински устройства, медицински инструменти, микро леене под налягане, микрофлуиди и сензори са областите, в които микро 3D печатът играе уникална роля.

Например, високопрецизният 3D биопечат може да се използва като персонализирано скеле за тъканно инженерство и клетъчни изследвания и е приложим за много други иновативни биомедицински микросреди, които изискват прецизност, скорост, разнообразие от материали и стерилност. 3D микро обработката може да направи научните изследвания в областта на живота по-близо до концепцията за регенеративна медицина за лечение на заболявания в тази област. Например, учени от Бостънския университет са разработили мека и механично активна платформа за клетъчна култура чрез микрофлуидна чипова платформа, произведена чрез двуфотонна полимеризация (2PP), за изследване на миокардна тъкан в адаптивна 3D микросреда. Тази платформа за клетъчна култура позволява на сърдечната тъкан да расте в 3D среда и може да наблюдава нейното самосглобяване в мястото на закрепване на клетката върху вертикалната стена на чипа. Интегрираният електронен сензор измерва силата, генерирана от свиването на култивирани сърдечни клетки. Освен това изследователите са интегрирали механичен задвижващ механизъм в чипа. С този задвижващ механизъм учените са изследвали ефектите от постоянното и динамично механично натоварване върху сърдечната тъкан. Можем да очакваме много други вълнуващи приложения на микро 3D принтирането в тъканното инженерство, клетъчната биология и регенеративната медицина.

Интегрираната двуфотонна литография в сивата скала (2GL) на Quantum X и нейната основна технология за настройка на воксели могат да произведат 2.5D микроструктури с субмикронна точност на формата и по-малко от 5 nm (Ra) грапавост на повърхността.

NanoScribe

Най-общо казано, ние вярваме, че 10 микрона и по-малко са производство на микродобавки. Разбира се, ако всички те са в диапазона от 1-3 микрона, това е най-точното определение на микро AM.

Подобно на няколко вида процеси на АМ, съществуват и различни видове процеси на микро АМ, включително: отлагане на стопилка (FFD), директно писане с мастило (DIW), директно отлагане на енергия (DED), производство на ламинирани предмети (LOM), електрохидродинамичен редокс печат ( EHDP), топене на прахов слой (PBF), 3D печат на базата на фотополимеризация (P3DP) и лазерно химическо отлагане на пари (LCVD).

Микро 3D технология за печат

Бяла книга на 3D Science Valley

Процесът на микро 3D печат на базата на смола в момента е най-разпознаваемият процес на пазара поради своите предимства в разделителната способност, качеството, възпроизводимостта и скоростта. В допълнение, DED и EHDP могат да постигнат по-висока резолюция. Въпреки това, високата цена и ниската производствена скорост, свързани с тези процеси, ограничават тяхното приложение. Въпреки това, поради ограничената си разделителна способност, те все още имат ограничения при реализирането на малки високопрецизни части или структури.

В сравнение с тези методи, 2PP на Nanoscribe може да произведе минимален размер на характеристиката до 100 nm. Според изследванията, разработването на нови оптични методи е довело до напредъка на процеса на производство на микродобавки, особено процеса на 3D печат, базиран на фотополимеризация. Според експерти, използването на източници на светлина с по-къси дължини на вълните (като UV лъчи) и обективни лещи с по-висока NA (числова апертура) може да постигне по-висока разделителна способност - което обикновено е едно от най-важните предизвикателства в micro AM.

В сравнение с други методи, базирани на термична обработка и ламиниране, оптичният метод прави връзката на съседни воксели по-силна. Стъпките на последваща обработка като UV втвърдяване също помагат за подобряване на качеството на компонентите за 3D печат. И накрая, в доклада се посочва, че поради безконтактния начин между зоната за обработка и осветителната система, лазерното петно ​​или оптичният модел на обработените суровини може да помогне за подобряване на стабилността и повторяемостта.

Имайки предвид това, най-известните производствени процеси на микро добавки включват DLP и микро стерео литография（ μ SLA), проекционна микро стерео литография (P μ SL), двуфотонна полимеризация (2PP или TPP), литографско базирано производство на метал ( LMM), електрохимично отлагане и селективно лазерно синтероване в микромащаб (μ SLS).

Технология за директна прожекция на светлина (DLP).

DLP технологията може да постигне повторяема микронна разделителна способност чрез комбиниране на DLP с използването на адаптивна оптика. Една от основните разлики между SLA и SLA, която обикновено се нарича много подобна, е, че SLA трябва да използва лазер за проследяване на един слой, докато DLP използва проекционен светлинен източник, за да втвърди целия слой наведнъж.

Микро стереолитография (μ SLA)

Също така въз основа на фотоиндуцирано наслагване на слоеве, микро стерео литографията (MPuSLA) се използва за изграждане на физически компоненти чрез излагане на фоточувствителна полимерна смола на ултравиолетов лазер.

Прожекционна микро стерео литография (P μ SL)

P μ SL е фотополимеризация с висока разделителна способност (до 0.6), задействана от проекция на площ μ m) Технологията за 3D печат може да произвежда сложни 3D архитектури, покриващи множество мащаби и материали. Обикновено се счита, че машините, базирани на този процес, комбинират предимствата на DLP и SLA технологиите. Благодарение на своята достъпност, точност, скорост и способност за обработка на полимери, биоматериали и керамика, процесът се разви бързо.

Производство на метали на базата на фотолитография

След равномерно диспергиране във фоточувствителната смола, металният прах се полимеризира селективно чрез излагане на синя светлина. След това 3D отпечатаните зелени части се синтероват в пещта, за да се получат плътни части.

Двуфотонна полимеризация (2PP или TPP)

Този процес обикновено се счита за най-точният от микро 3D принтерите. 2PP е директен лазерен метод за писане, който може да работи върху 3D и 2.5D микроструктури без скъпо генериране на маска и многократна литография. Може да се каже, че 2PP е изиграл пълния си потенциал между литография без маска и високопрецизно адитивно производство.

Според пазарното разбиране на 3D Science Valley, 2PP насърчава микропроизводството на части върху планарни субстрати на ниво вафла, например в областите на приложение на оптични влакна, фотонни чипове и микрофлуидни канали с вътрешни уплътнения.

2PP изисква специална фоточувствителна смола за улесняване на обработката, постигане на оптимална разделителна способност и точност на формата и за адаптиране за различни приложения. Понастоящем високопрецизният 3D печат, базиран на двуфотонна полимеризация, е много подходящ за бързо създаване на прототипи на дизайн на приложения, като биомедицинско оборудване, микрооптика, MEMS, микрофлуидно оборудване, фотонни опаковки (като PIC), проекти за повърхностно инженерство и др. Възможностите за обработка на вафли правят груповата обработка и производството на малки партиди на 3D микрочасти по-лесни от всякога.

Електрохимично отлагане

Електрохимичното отлагане е рядка технология за микро 3D печат без никаква последваща обработка. Този процес използва малка печатна дюза, наречена йонен накрайник, и я потапя в поддържаща електролитна баня. Регулираното въздушно налягане избутва течността, съдържаща метални йони през микроканала в йонния накрайник. В края на микроканала течността, съдържаща йони, се освобождава към печатащата повърхност. След това разтворените метални йони се електроотлагат в твърди метални атоми. Последният след това прераства в по-големи градивни блокове (воксели), докато се оформи частта.

Селективно лазерно синтероване в микромащаб (μ SLS)

Това адитивно производство, базирано на сливане на прахово легло, известно още като селективно лазерно синтероване на микронно ниво (SLS), включва покриване на слой мастило от метални нано частици върху субстрата и след това изсушаването му, за да се генерира равномерен слой от нано частици. След това лазерът синтерова наночастиците в желания модел. След това повторете процеса, докато частта бъде създадена.

Очарователни малки части

С напредъка на новите технологии за обработка, като двуфотонна литография в сивата скала (2GL) и комбинацията от лазери с по-висока мощност и подобрен хардуер (като сцена и скенер), статуквото на производството на микро добавки се промени. За разлика от тях, други по-традиционни адитивни производствени технологии, като DLP, SLA и проекционна микро стерео литография (P μ SL), обаче, могат да произвеждат само по-големи структури, когато става въпрос за висока разделителна способност (<1 μ="" m)="" 3d="" micromachining,="" they="" will="" encounter="" geometric="" constraints.="" due="" to="" the="" inherent="" direct="" illumination="" of="" ultraviolet="" light,="" the="" resolution="" and="" design="" geometry="" are="">

Според наблюдението на пазара на 3D Science Valley, Nanoscribe предоставя ново промишлено решение за опаковане на фотони с наскоро пуснатия Quantum X align. Загубата на свързване се намалява чрез съвпадение на полето на режима на ниво компонент, а не на ниво чип. Високопрецизният 3D печат с нано прецизно автоматично подравняване насърчава директното производство на микрооптични елементи върху фотонни чипове и влакнести сърцевини и директното отпечатване на микрооптични елементи в свободна форма или дифракционни оптични елементи (DOE) на подходящи места, като по този начин насърчава оптимален оптичен свързване на фотонни платформи.

Патентованата двуфотонна литография в сивата скала (2GL) на Nanoscribe значително ускорява високопрецизната микрообработка на 2.5D структури за оптични приложения, като най-висока точност на формата и повърхности с оптичен клас (Ra По-малко или равно на 5 nm). С цел допълнително разширяване на производствения мащаб, Nanoscribe изпробва две надеждни и доказани стратегии за репликация с EV Group и kdg opticom.

Като всеки процес на 3D печат, микро 3D печатът позволява на своите потребители да се възползват от свободата на дизайна. Едно от предизвикателствата в областта на фотонната интеграция, оптичните изчисления и комуникацията на данни е насърчаването на подравняването и опаковането на фотонни компоненти. Специални решения за 3D печат, базирани на хардуер и софтуер, могат да постигнат ефективно свързване при ниско ниво на светлина.

В сравнение със същите части, произведени чрез традиционен производствен процес, скоростта на производство на малка част е очарователна. С развитието на миниатюризирани микро продукти, микро 3D печатът е приложим за всички индустрии, занимаващи се с малки и прецизни части. Традиционно разходите за производство на малки части са били високи, докато производството с микродобавки сега предоставя по-евтини и лесни за използване решения.

Знанието е дълбоко, но правенето е далеч. Базиран на глобалната експертна мрежа от мозъчни тръстове на производствената индустрия, 3D Science Valley предоставя на индустрията задълбочено наблюдение на добавките и интелигентното производство от глобална гледна точка. За повече анализ на адитивното производство, моля, обърнете внимание на серията бели книги, издадена от 3D Science Valley.