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苏州人才网:深度解析:PμSL与TPP微纳光固化3D打印技术

2020-04-05 13:07 出处:  人气:   评论( 0

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导读:增材制造被认为是“一项将要改变世界的技术”。光固化3D打印是其中的一个重要方向,以数字化模型为基础通过光与材料(多为树脂、陶瓷浆料、纳米金属颗粒浆料等)的反应实现结构的成型,并借由局部光聚合反应,可实现相对较高的光学分辨率及打印精度。

目前,从光固化3D打印技术的发展来看,主要是从两个维度进行聚焦: 一个是宏观的维度,也就是实现大幅面、大尺寸、高速度的3D打印;另一个是微观的维度,即实现微米、纳米尺寸的精细3D打印。


在微纳机电系统、生物医疗、新材料(超材料、复合材料、光子晶体、功能梯度材料等)、新能源(太阳能电池、微型燃料电池等)、微纳传感器、微纳光学器件、微电子、生物医疗、印刷电子等领域,复杂三维微纳结构有着巨大的产业需求【1】。

微纳尺度光固化3D打印在复杂三维微纳结构、高深宽比微纳结构和复合(多材料)材料微纳结构制造方面具有很高的潜能和突出优势,而且还具有设备简单、成本低、效率高、可使用材料种类广、无需掩模或模具、直接成形等优点,因此,微纳米光固化3D打印技术在近几年正在受到越来越多的科研机构、企业以及终端用户的青睐。在全球范围内已经成熟商业化的微纳米光固化3D打印技术主要有:双光子子聚合TPP(Two-photon polymerization based direct laser writing)技术和PμSL面投影立体光刻技术(Projection Micro Stereolithography) 。

TPP是一种利用超快脉冲激光将光敏材料(树脂、凝胶等)在焦点区域固化成型的工艺。PμSL则是使用紫外光,通过动态掩模上的图形整面曝光固化树脂成型的工艺。这两种技术是目前常用的微纳米尺度3D打印的技术,其中TPP打印的精度可实现100 nm以下,目前德国和立陶宛等国家有商业化的设备产品。PμSL目前在实验室阶段可实现几百纳米精度,已经商业化的产品可达几个微米的打印精度,多见于深圳摩方材料公司的nanoArch系列微纳3D打印设备,为全球首款商业化的PμSL微尺度3D打印设备产品。本文将从几个方面对上述两种技术进行系统介绍。


技术原理


光固化(photocuring)是指单体、低聚体或聚合体基质在光诱导下的固化过程。光固化3D打印,是指通过控制光斑的图案或者振镜扫描路径,曝光区域的液态树脂聚合成固态物质,未曝光的区域树脂不参与聚合反应,通过精密控制Z轴移动,从而层层堆积快速成型样件。光固化3D打印,目前有单光子吸收聚合和双光子吸收聚合两种树脂聚合方法。单光子吸收 (SPA) 是指激发态电子吸收一个能级差的能量从低能级跃迁到高能级的过程,光吸收效率与入射光强是线性相关的。

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