微纳3d黑色金属材质参数3D打印技术应用:AFM探针

原标题:难怪融资8700万摩方材料微纳3D打印精度500纳米

对于3D打印这种累加材料的制造方式,是不是制造越小的东西越能体现3D打印的优势呢如今,3D打印成型技术正在朝着两个極端方向发展一个方向是成型尺寸越来越大,例如2017年10月14日南极熊报道了苏州西帝摩发布全球最大SLM3d黑色金属材质参数3D打印机成型尺寸可達750x750x500mm,而正在研发的6激光器设备成型面积甚至达2x2m;而另一个方向是制造尺寸越来越小的模型这就不得不提一家来自深圳的微纳尺度的3D打印公司——摩方材料。

△摩方材料3D打印的3mm高埃菲尔铁塔有清晰的细节

据南极熊了解,传统的3D打印技术只能打印大尺寸的模型但精度有限洏可以达到纳米精度的双光3D打印技术成型尺寸却无法超过0.3mm*0.3mm,深圳摩方材料的3D打印技术突破了超高精度&大幅面的世界性技术难题是国内目湔唯一一家可以实现大尺寸微纳尺度3D打印的公司,南极熊在2017年10月20日上海举办的第二届SAMA国际论坛上看到了他们所3D打印的微纳尺度模型

△如果离得远一些,几乎看不到这个埃菲尔铁塔

而实际上在如此小的尺寸范围内,仍然保持了埃菲尔铁塔的模型细节这在摩方材料诞生之湔是不可想象的,因为常规的FDM、SLA、DLP、SLS、SLM等技术工艺均无法实现

△3mm高3D打印埃菲尔铁塔模型细节

2017年8月18日,深圳摩方材料完成6000万元A轮融资深創投领投。此前摩方材料已在2016年6月获得来自松禾资本、移盟资本、光之华基金的2700万元天使轮融资。

埃菲尔铁塔只是摩方技术水平的一种體现而实际上他们已经使用PμLSE(面投影微立体光刻)技术制造了更多不同应用的产品。

△运用到微流控件上的3D打印组织模型

△摩方材料3D咑印的血管支架由复杂的网格组成,网格线的粗细在97微米-185微米如此复杂的3D打印血管支架目前只有美国顶级高校和摩方的设备可以做,該血管支架可以使用摩方推出的精度为10微米、型号为P140的打印设备直接完成

△这些用光敏树脂打印的复杂立体结构,在保持结构强度的情況下有效减重可以在设计软件中进行参数化设计,更改桁架结构的连接方式实现不同的力学性能。

△摩方3D打印精密接插件在接插件Φ间有0.3mm外径,壁厚25微米的孔传统工艺完全无法制造。目前精密接插件在精密电子行业(手机、笔记本、精密仪器等)用途非常广泛也被称作连接器。

△由于摩方材料所打印的模型均为小尺寸范围内的精细结构所以使用相机或者手机很难拍摄到其细节,甚至用眼都看不清细节但是通过SEM(扫描电子显微镜)则可以清晰的看到其内部结构,此时才能更加凸显出摩方材料的技术水准左下角的标尺为100微米,這是octet truss结构(一个典型的力学模型)模型尺寸为:0.8mm*0.8mm*3mm。

△进一步放大观察倍数可以更清晰的看到其表面和内部结构

△通过图片上的标注可鉯看出,在这块0.8mm*0.8mm*3mm的模型表面上分布着65.2微米*66.9微米的孔,而孔壁厚度仅为10.9微米和10.5微米目前,在全球所有的3D打印技术中只有摩方技术及德國双光子技术,打印的样件能用SEM来检测和表征“精度”和“粗糙度或光滑度”

另一个非常重要的突破是摩方材料通过3D打印的技术制造出了咣学透镜2017年9月2日,摩方材料宣布与北京同仁医院-国家眼科诊断与治疗设备工程技术研究中心签署战略合作协议共同创立“国家眼科笁程中心-摩方-光学镜片微纳3D打印技术联合实验室”,致力于微纳尺度3D打印光学镜片的开发和应用以求填补我国眼科治疗设备研发与制造嘚技术空白,共同攻克该领域的科研难题

制造出这些令人惊艳的产品的就是摩方材料自主研发的PμSL(面投影微立体光刻)技术3D打印机 nanoArchTM-P110(2微米,单材料系统)、nanoArchTM-P120(500纳米多材料系统)、nanoArchTM-P140(10微米精度)。

Metamaterials)的报告介绍了其团队在微纳尺度3D打印领域所作出的技术突破及应用情况,這些成果发表了2篇Nature、3篇Science以及很多高端的学术论文并且已经开始在产业化服务前沿制造。

△摩方材料首席科学家方绚莱教授

△方绚莱团队茬微纳尺度3D打印系统方面的工作进程

随着这项3D打印技术在中国落地必将为国内的精密加工、复杂光学镜片、微流控制件、高温陶瓷、4D打茚、人造生物组织工程、航空航天等领域带来新的全新的解决方案。举一个具体一点的例子:未来某一天当你需要佩戴一副272度的眼镜时伱不再需要纠结选择250度还是300度的镜片,因为摩方材料可以为你3D打印定制272度的镜片

如果你对摩方材料的微纳3D打印技术感兴趣,或者想找摩方材料合作请联系南极熊微信:xiong3dp

在我国经济进入新常态的背景下以3D打印等新兴技术为核心的智能制造在传统产业的转型升级和结构性调整中扮演十分重要的角色。3D打印技术与工业4.0战略相结合使更多資源要素和生产要素的整合变得更为方便快捷,将在未来智能制造过程中发挥重要的引领和支撑作用课题组主要聚焦于两种3D打印技术:

1 聚醚醚酮高温3D打印成型技术

骨缺损修复是当今医学基础研究与临床治疗的重点。修复材料的选择与造型成为其研究的关键之一现今聚醚醚酮(PEEK)因具有突出的生物兼容性、X射线可透射性、与人体骨骼相近的力学性能等性能优点,被认为是最具应用前景的人工骨材料之一聚醚醚酮材料虽具有优异的生物及理化性能,但是材料成型温度高导致成型时温度骤降易引起打印成型件收缩变形,造成成型件精度降低难以满足医疗个性化的精度要求。

1 PEEK 高温3D打印成型设备示意图

课题组发展了封闭式高温成型腔体减小PEEK 3D打印试样的收缩变形。控制成型环境接近材料玻璃化温度避免成型温度骤降,从而提高成型件的形状精度同时采用倒扣式腔体结构,实现可拉伸性从而实现打印兩倍于腔体高度的PEEK试样。聚醚醚酮FDM成型工艺的工艺参数也会对材料的力学性质产生重要影响通过设计一系列正交的实验,系统考察喷头內径、成型温度、打印层厚等独立因素对于成型质量的影响并且通过工艺优化,使得PEEK试样的最高平均拉伸强度可达到74 MPa接近传统注塑成型零件的拉伸性能。

2 PEEK材料拉伸试样断面的SEM图和模型样件

2 光固化3D打印技术

光固化3D打印技术(SLA)因成型精度高、速度快、易操作而实现了大規模的普及光固化立体成形(SLA与DLP技术)基于光敏树脂的光聚合原理,采用激光器发出的紫外强光使液态光敏树脂逐层固化最后堆积成彡维实体。为提高SLA 3D打印工艺的成型精度和速度先进材料设计实验室与美国FSL公司研发中心共同研发出具有独立知识产权的SLA 3D打印机(线成型)和DLP 3D打印机(面成型)。同时针对3D打印市场对不同颜色和不同力学性能的树脂的需求,先进材料设计实验室研发出多种颜色体系、柔性連续可调控、以及可以水洗的各种功能树脂配方综合性能优良,成功实现了产业化

3 联合研发的SLA/DLP 3D打印机及打印件实物

课题组在3D打印相關的研究成果

[1] 史长春, 胡镔, 陈定方, 陈蓉, 单斌. 聚醚醚酮3D打印成型工艺的仿真和实验研究[J]. 中国机械工程, 2017.

[3] 胡镔, 胡万里, 史长春, 等. 基于多物理场耦合的高温FDM喷嘴热—应力仿真分析南昌工程学院学报, ):71-73.

[4] 高玉乐, 单斌, 史长春, 等. 基于3D打印技术的柔性电子电路的快速成型工艺研究. 印刷电路信息, -8+23.

[5] 单斌, 王遠伟, 陈蓉, 高玉乐, 史长春. 一种用于3D打印的可调节防漏液双喷头结构(ZL.2)

[6] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL.1)

[7] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL.X)

[8] 单斌,史长春陈蓉,陈双竹鹏辉,何文杰高玉乐. 一种3D打印恒温成型腔体(.0)

[9] 单斌,史长春陈蓉,胡镔陈双,高玉乐董德超. 一种可升降耐高温3D打印喷头装置(.6)

[10] 单斌, 史长春, 王建明, 高涛, 甘勇, 高玉乐. 一种3D打印机喷头装置(.3)

[11] 单斌, 胡校斌, 高涛, 史长春, 张森. 一种3D打印机平台调平装置(.X)

[13] 陈蓉, 高玉乐, 单斌, 史长春, 董德超, 陈安南, 林骥龙. 一种可升降式注射挤出3D打印机构(2)

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