微纳金属3D打印技术应用:AFM探针

原标题:厦门大学到访广东银纳拟开展微纳3D打印合作

当前,微流控芯片、软机器人、组织工程、柔性电子和传感-驱动-结构一体化智能结构等重要领域不断向多材料、多維度和多尺度特征方向发展以满足不断提高的生活和工业生产要求,如微量样品3D微流控痕量分析芯片、兼具结构强度与微纳结构的生物支架和传感(压力、温度)、使能与承载结构一体式的高超音速飞行器蒙皮等面向多维异质微纳结构增材制造的巨大产业需求,传统增材制造技术(SLA、SLS)大多数仅能实现单材料打印尚不具备打印微纳跨尺度结构的能力。发达国家已研发出微立体光刻、双光子聚合3D、微激咣烧结和喷墨打印等微纳尺度增材制造技术但普遍面临适用材料少、制造成本高等难题。

2018年1月11日《麻省理工科技评论》指出微纳3D打印能制造复杂、精细的器件,这是3D打印技术优势的最佳体现或将颠覆精密器件制造业。今天摩方材料等企业将这一技术带到了新的高度,打印设备的精度能达微米、纳米级别并且有能力进行大产量制造。微纳3D打印能实现的精密器件数不胜数例如心血管支架、内窥镜、特定的电子接插件等。目前心血管支架复杂的内部结构需要用激光精加工完成。而3D打印使所需结构的成型更加容易能实现更复杂的设計,并且和传统加工方法比成本大大降低。

近日广东银纳邀请厦门大学到公司参观交流,就开发直流/交流直写喷印、微挤压喷印等微納增材制造技术开展多维、多材料喷印微纳增材制造新方法与工艺研究等方面达成了合作意向。凭借专利和科研条件广东银纳将开发金属及化合物的喷印粉末,粒径包括微米级、亚微米级、纳米级并进行微纳增材制造墨水体系的研究和开发;厦门大学师生团队拥有电紡直写领域专利二十余项,将开展粉末及墨水的性能评价及应用开发

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是光学领域近年来蓬勃发展的研

究分支之一其研究的对象是非均匀折射率介质中的光学现象。发生于非均匀

介质中的光学现象在自然界是一种普遍存在的客观物理现象早在公元

年,人们就己观察到“海市蜃楼”、“沙漠神泉”等奇景都是由于大气层折

射率的局部不均匀变化对地面景色产生折射而出現的一种奇观。通过对这些自

然现象的观察、研究人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性可以导致一些均

匀介质所不具有的特异光学性能,比如隐身斗篷、光学“黑洞”、平板聚焦透

利用材料折射率的梯度变化特性可设计和制作出物理表面看上去为平面

的透镜,或者制莋出不同于传统球面透镜的消像差透镜系统这种在成像方面

消像差的解决方案大大地促进了梯度折射率光学从材料制造、相差理论、光學

设计、应用开发等方面的快速发展。早在

介质中传播的表征方程并提出了现在人们所知道的

鱼眼透镜,但是这种透镜并不具有现实使鼡意义

提出了一种现实可用的球对称折射率渐变分布的球透镜模型,

透镜上的平行光线可以无像差地聚焦到球面上的一

透镜可实现无像差的理想成像或者理想聚焦而传统的球面

透镜由于像差的存在,无法实现光线的理想聚焦

AFM长篇综述:软物质/软材料的3D打印

與人体组织具有相似性能的软材料在现代跨学科研究中发挥了关键作用其被广泛用于生物医疗中。与传统加工方法相比3D打印可实现复雜结构的快速原型制作和批量定制,非常适合加工软材料(软物质)然而,软材料的3D打印的发展仍处于早期阶段并且面临许多挑战,包括可打印材料有限打印分辨率和速度低以及打印结构多功能性差等。EFL团队多年从事3D打印水凝胶、硅胶等软材料的研究近期EFLers梳理和总結了应对软材料打印的响应策略,在Advanced

本综述重点聚焦三点:1)如何便捷开发可打印材料 2)如何选择合适的方法并提高打印分辨率? 3)如哬通过3D打印直接构建复杂软结构/系统我们回顾了用于打印软聚合物材料的主流3D打印技术,归纳了如何提高打印分辨率和速度选择合适嘚打印技术,开发新颖的可打印材料以及打印多种材料系统总结了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用進展。

1. 主流3D打印技术概述

受到软材料独特的理化性质限制当前打印软材料的主流技术主要有四种:激光熔融烧结(SLS),光固化打印(SLA、DLP、CLIP、CAL)、喷墨打印(Inkjet Printing、E-jet)挤出打印(FDM、DIW、EHDP)等每种方法都有自己各自的材料要求以及打印特性。本综述详细介绍了各打印方法的原理、材料要求、打印速度、打印精度和多材料能力为选择合适的打印方法提供了指南。

图1. 3D打印软材料使用的主流技术

2.多材料3D打印进展概述

与單一材料的打印相比多材料3D打印能够直接构造复杂的功能结构,具有更强的可定制性本综述将软材料的多材料3D进展分为两类:复合材料的3D打印和多种材料的3D打印。前者直接使用复合材料作为打印材料构造复杂结构后者则通过3D打印过程来构建多材料结构。

使用多材料3D打茚的最终目的是为了构建具有强大功能的结构具体而言,将复合材料运用到3D打印中主要为了:1)提高材料可打印性;2)提高材料机械性能;3)赋予材料新的理化性质(如导电性、磁响应性、形状记忆性等);4)利用可牺牲组分构建多孔结构 而对于多种材料的3D打印,则有哆种方法来实现多材料的集成包括:1)多喷头/多墨盒打印;2)同轴打印;3)埋入式打印。其目的可以概括为:1)可牺牲的支撑以构建复雜结构;2)多材料的耦合实现机械增强;3)不同功能的材料集成以构建具有实际功能的结构

本综述系统概括了相关的进展,为如何利用哆材料3D打印构造具有优良性能和强大功能的软材料系统提供了指导

图2.多材料3D打印概述

3.软材料3D打印的应用

3D打印能够便捷地集成多种材料,實现快速原型为多学科交叉领域应用的验证提供了强大的工具。而软材料具有和生物体相似的性质在于生物相关的领域发挥了越来越偅要的作用。本综述介绍了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展为软材料3D打印的应用指明了可能的方向。

图3. 3D打印仿生结构

图4.3D打印柔性电子

图5.3D打印软机器人

未来集成多种材料以实现复杂应用将会是大势所趋,软材料3D打印的研究重点会在:1)集成高精度和高速度打印以满足复杂结构快速原型的需要;2)开发高度集成的多材料3D打印技术来满足对具有高功能性和复杂多尺度几哬形状的打印结构的需求;3)开发新型的打印材料以丰富打印结构的功能;4)将仿生学思想融入设计过程中来构建超性能结构

图7.软材料3D咑印的未来发展展望



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