Mewnwelediad i Argraffu Micro 3D - Mewnwelediad Unigryw Ar Dechnoleg Gweithgynhyrchu Ychwanegion

Yn gyffredinol, mae'r rhan fwyaf o ddatblygiadau arloesol yn y diwydiant gweithgynhyrchu yn cael eu datblygu o amgylch y gallu i gynhyrchu rhannau printiedig 3D mawr. Fodd bynnag, gyda'r galw cynyddol am offer bach ym meysydd electroneg, biotechnoleg, ceir ac awyrofod, mae gan bobl ddiddordeb cynyddol mewn technoleg gweithgynhyrchu micro-ychwanegyn. Felly, pa mor fawr yw'r farchnad ar gyfer rhannau bach? Yn y rhifyn hwn, yn seiliedig ar ddadansoddiad JRg Smolenski, mae rheolwr datblygu busnes Nanoscribe, 3D Science Valley a Guyou yn dod at ei gilydd i ddeall yr egwyddorion sylfaenol a gwahanol fathau o dechnoleg gweithgynhyrchu micro-ychwanegion, yn ogystal â phrif fanteision gweithgynhyrchu micro ychwanegion technoleg a all helpu'r farchnad symud ymlaen a'r meysydd y mae angen eu gwella.

Technoleg argraffu micro 3D

NanoYsgrifen

Y byd anadferadwy

Mae'r term gweithgynhyrchu micro ychwanegyn fel arfer yn cael ei ddefnyddio'n gyfnewidiol â micro-beiriannu 3D neu weithgynhyrchu ychwanegion manwl uchel, ond mewn gwirionedd, nid ydynt yn gyfystyron union. Yn gyffredinol, mae gweithgynhyrchu ychwanegion yn cyfeirio'n fwy at yr amgylchedd gweithgynhyrchu diwydiannol, ac mae prosesu micro 3D yn derm cyffredinol sy'n disgrifio'r holl ddulliau, megis y dull ffotolithograffeg sy'n boblogaidd iawn ac a ddefnyddir yn eang mewn gweithgynhyrchu MEMS (mae hon yn farchnad aeddfed enfawr, a'r dull yn aeddfed iawn). Mae yna lawer o ddulliau micromachining 3D eraill, megis dulliau ar gyfer microfluidics, dulliau digidol yn seiliedig ar lithograffeg trawst electron, ac ati.

Er mwyn dangos statws technoleg gweithgynhyrchu micro-ychwanegion, rhagdybir, mewn argraffu 3D, fod rhan yn cael ei hadeiladu gyntaf a'i disgrifio'n ddigidol trwy gyfres o bwyntiau, lle mae pwynt (voxel) yn cynrychioli uned argraffu leiaf. Mae maint voxel yn amrywio o nanomedr i facrosgopig. Felly, mae proses argraffu micro 3D yn gofyn am ddefnyddio voxels micron neu submicron, sy'n hanfodol ar gyfer gweithgynhyrchu cynhyrchion micro. Felly, mae'r term "micro argraffu 3D" yn cyfeirio at weithgynhyrchu rhannau bach iawn, manwl iawn na ellir cyflawni eu siâp trwy ddefnyddio proses mowldio chwistrellu micro a mathau eraill o brosesau gweithgynhyrchu traddodiadol.

Yn ôl 3D Science Valley, mae dau ffocws gwahanol yn natblygiad technoleg argraffu 3D, ac mae un ohonynt yn dechnoleg argraffu 3D fformat mawr. Mae ffocws arall ar yr agwedd ficro, hynny yw, technoleg argraffu 3D sy'n gallu gweithgynhyrchu dyfeisiau manwl a micro. Gall argraffu micro nano 3D gynhyrchu dyfeisiau cymhleth a dirwy, sef ymgorfforiad o fanteision technoleg argraffu 3D, neu bydd yn gwrthdroi'r diwydiant gweithgynhyrchu dyfeisiau manwl.

Mae pŵer bach yn newid y byd! Rhannodd 3D Science Valley unwaith fod technoleg graidd y cwmni argraffu 3D lefel micron Cytosurge yn dod o Brifysgol Technoleg ETH Zurich. Yn seiliedig ar ei dechnoleg patent FluidFM, mae'n datblygu, cynhyrchu a gwerthu argraffwyr 3D metel nanotechnoleg manwl uchel arloesol. Mae'r dechnoleg hon yn cynrychioli technoleg microsgopeg grym hylif, ac mae ganddi lawer o gymwysiadau mewn gwyddorau bywyd a bioffiseg.

Yn Tsieina, bydd technoleg gweithgynhyrchu manwl 3D craff y dyfodol gyda chywirdeb lefel micron o West Lake yn ffurfio bwlch y farchnad o gannoedd o nanometrau i gannoedd o ficronau mewn peiriannu manwl mewn meysydd electronig ac optegol trwy integreiddio metel, cerameg, deunyddiau magnetig, polymerau, etc.

Pan fydd y rhan yn cael ei fesur i drwch haen o 5 micron a phenderfyniad o 2 micron mewn micromedrau un digid, cychwynnir y broses argraffu micro 3D. Yn ddiddorol, gall rhai prosesau gweithgynhyrchu micro-ychwanegion gynhyrchu cydrannau wedi'u mesur mewn nanometrau (nm), 1000 gwaith yn llai na micron. Er mwyn delweddu'n well sut beth yw'r lefel hon o weithgynhyrchu micro, er enghraifft, mae pobl fel arfer yn cofio mai lled gwallt dynol ar gyfartaledd yw 75 micron, tra bod diamedr llinynnau DNA dynol yn 2.5 nanometr.

Mewn miniaturization, mae rheoli dimensiynau cyffredinol yn hanfodol, a gall argraffu micro 3D gyflawni "y lefel nesaf" o miniaturization. Yn benodol, cymwysiadau megis electroneg, opteg, lled-ddargludyddion, dyfeisiau meddygol, offer meddygol, mowldio chwistrellu micro, microhylifau a synwyryddion yw'r meysydd lle mae argraffu micro 3D yn chwarae rhan unigryw.

Er enghraifft, gellir defnyddio bioargraffu 3D manwl uchel fel sgaffald wedi'i deilwra ar gyfer peirianneg meinwe ac ymchwil celloedd, ac mae'n berthnasol i lawer o ficro-amgylcheddau biofeddygol arloesol eraill sy'n gofyn am gywirdeb, cyflymder, amrywiaeth deunydd a diffrwythder. Gall prosesu micro 3D wneud ymchwil gwyddor bywyd yn agosach at y cysyniad o feddyginiaeth adfywiol i drin clefydau yn y maes hwn. Er enghraifft, mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol Boston wedi datblygu llwyfan diwylliant celloedd meddal a gweithredol yn fecanyddol trwy'r llwyfan sglodion microfluidig ​​a weithgynhyrchir gan bolymerization dau ffoton (2PP) i astudio meinwe myocardaidd mewn microamgylchedd 3D y gellir ei addasu. Mae'r llwyfan diwylliant celloedd hwn yn caniatáu i feinwe'r galon dyfu mewn amgylchedd 3D, a gall arsylwi ei hunan-gynulliad yn y safle atodiad cell ar wal fertigol y sglodion. Mae'r synhwyrydd electronig integredig yn mesur y grym a gynhyrchir gan gyfangiad celloedd calon diwylliedig. Yn ogystal, mae ymchwilwyr wedi integreiddio actuator mecanyddol i'r sglodion. Gyda'r actuator hwn, mae gwyddonwyr wedi astudio effeithiau straen mecanyddol cyson a deinamig ar feinwe'r galon. Gallwn ddisgwyl llawer o gymwysiadau cyffrous eraill o argraffu micro 3D mewn peirianneg meinwe, bioleg celloedd a meddygaeth adfywiol.

Gall lithograffeg integredig graddfa lwyd dau ffoton Quantum X (2GL) a'i dechnoleg tiwnio voxel sylfaenol gynhyrchu microstrwythurau 2.5D gyda chywirdeb siâp submicron a garwedd arwyneb llai na 5 nm (Ra).

NanoYsgrifen

Yn gyffredinol, credwn fod 10 micron ac is yn weithgynhyrchu micro-ychwanegion. Wrth gwrs, os yw'r rhain i gyd yn yr ystod 1-3 micron, dyma'r diffiniad mwyaf cywir o micro AM.

Fel sawl math o brosesau AC, mae yna hefyd wahanol fathau o brosesau micro AM, gan gynnwys: dyddodiad ffiws (FFD), ysgrifennu inc uniongyrchol (DIW), dyddodiad ynni uniongyrchol (DED), gweithgynhyrchu gwrthrychau wedi'u lamineiddio (LOM), argraffu rhydocs electrohydrodynamig ( EHDP), toddi gwely powdr (PBF), argraffu 3D yn seiliedig ar ffotopolymereiddio (P3DP), a dyddodiad anwedd cemegol laser (LCVD).

Technoleg argraffu micro 3D

Papur Gwyn 3D Science Valley

Ar hyn o bryd, proses argraffu micro 3D yn seiliedig ar resin yw'r broses fwyaf cydnabyddedig yn y farchnad oherwydd ei fanteision o ran datrysiad, ansawdd, atgynhyrchedd a chyflymder. Yn ogystal, gall DED ac EHDP gyflawni datrysiad uwch. Fodd bynnag, mae'r gost uchel a'r gyfradd gweithgynhyrchu isel sy'n gysylltiedig â'r prosesau hyn yn cyfyngu ar eu cymhwysiad. Fodd bynnag, oherwydd eu datrysiad cyfyngedig, mae ganddynt gyfyngiadau o hyd o ran gwireddu rhannau neu strwythurau bach manwl uchel.

O'i gymharu â'r dulliau hyn, gall 2PP Nanoscribe gynhyrchu maint nodwedd lleiaf mor isel â 100 nm. Yn ôl ymchwil, mae datblygu dulliau optegol newydd wedi arwain at gynnydd proses weithgynhyrchu micro-ychwanegion, yn enwedig y broses argraffu 3D yn seiliedig ar ffotopolymerization. Yn ôl arbenigwyr, gall defnyddio ffynonellau golau gyda thonfeddi byrrach (fel trawstiau UV) a lensys gwrthrychol gyda NA uwch (agorfa rifiadol) gyflawni cydraniad uwch - sydd fel arfer yn un o'r heriau mwyaf amlwg mewn micro AC.

O'i gymharu â dulliau eraill yn seiliedig ar driniaeth wres a lamineiddio, mae'r dull optegol yn gwneud cysylltiad voxels cyfagos yn gryfach. Mae camau ôl-brosesu fel halltu UV hefyd yn helpu i wella ansawdd cydrannau argraffu 3D. Yn olaf, mae'r adroddiad yn nodi, oherwydd y ffordd ddigyswllt rhwng yr ardal brosesu a'r system oleuo, y gall sbot laser neu batrwm optegol y deunyddiau crai wedi'u prosesu helpu i wella sefydlogrwydd ac ailadroddadwyedd.

Wedi dweud hynny, mae'r prosesau gweithgynhyrchu mwyaf adnabyddus o ychwanegyn micro yn cynnwys CLLD a lithograffeg stereo micro （ μ SLA), lithograffeg micro stereo rhagamcanol (P μ SL), polymerization dau ffoton (2PP neu TPP), gweithgynhyrchu metel yn seiliedig ar lithograffeg ( LMM), dyddodiad electrocemegol a sintering laser dethol microscale （ μ SLS).

Technoleg Tafluniad Golau Uniongyrchol (CLLD).

Gall technoleg CLLD gyflawni datrysiad micron ailadroddadwy trwy gyfuno CLLD â'r defnydd o opteg addasol. Un o'r prif wahaniaethau rhwng SLA a SLA, a elwir fel arfer yn debyg iawn, yw bod angen i SLA ddefnyddio laser i olrhain un haen, tra bod DLP yn defnyddio ffynhonnell golau rhagamcanu i gadarnhau'r haen gyfan ar y tro.

Micro stereolithograffeg (μ CLG)

Hefyd yn seiliedig ar bentyrru haenau wedi'i ffoto-ysgogi, defnyddir lithograffeg stereo micro (MPuSLA) i adeiladu cydrannau ffisegol trwy amlygu resin polymer ffotosensitif i laser uwchfioled.

Lithograffeg stereo micro tafluniad (P μ SL)

Mae P μ SL yn photopolymerization cydraniad uchel (hyd at 0.6) wedi'i sbarduno gan amcanestyniad ardal μ m) gall technoleg argraffu 3D gynhyrchu pensaernïaeth 3D cymhleth sy'n cwmpasu graddfeydd a deunyddiau lluosog. Yn gyffredinol, ystyrir bod peiriannau sy'n seiliedig ar y broses hon yn cyfuno manteision technolegau CLLD a CLG. Oherwydd ei fforddiadwyedd, cywirdeb, cyflymder, a gallu i brosesu polymerau, biomaterials, a serameg, mae'r broses wedi datblygu'n gyflym.

Gweithgynhyrchu metel yn seiliedig ar ffotolithograffeg

Ar ôl gwasgariad unffurf yn y resin ffotosensitif, yna caiff y powdr metel ei bolymeru'n ddetholus trwy ddod i gysylltiad â golau glas. Yna mae'r rhannau gwyrdd printiedig 3D yn cael eu sintro yn y ffwrnais i gael rhannau trwchus.

Polymerization dau ffoton (2PP neu TPP)

Yn gyffredinol, ystyrir mai'r broses hon yw'r argraffwyr micro 3D mwyaf cywir. Mae 2PP yn ddull ysgrifennu laser uniongyrchol, a all weithio ar ficrostrwythurau 3D a 2.5D heb gynhyrchu masgiau drud a lithograffeg lluosog. Gellir dweud bod 2PP wedi chwarae ei botensial llawn rhwng lithograffeg heb fasgiau a gweithgynhyrchu ychwanegion manwl uchel.

Yn ôl dealltwriaeth y farchnad o 3D Science Valley, mae 2PP wedi hyrwyddo micro-weithgynhyrchu rhannau ar swbstradau planar lefel waffer, er enghraifft, ym meysydd cymhwyso ffibrau optegol, sglodion ffotonig a sianeli microfluidig ​​gyda morloi mewnol.

Mae angen resin ffotosensitif arbennig ar 2PP i hwyluso prosesu, sicrhau'r datrysiad a'r cywirdeb siâp gorau posibl, a chael ei deilwra ar gyfer gwahanol gymwysiadau. Ar hyn o bryd, mae argraffu 3D manwl uchel yn seiliedig ar bolymerization dau ffoton yn addas iawn ar gyfer prototeipio cyflym o ddyluniad cymhwysiad, megis offer biofeddygol, micro-opteg, MEMS, offer microfluidig, pecynnu ffotonig (fel PIC), prosiectau peirianneg wyneb, ac ati. ■ Mae galluoedd prosesu wafferi yn gwneud prosesu swp a chynhyrchu swp bach o rannau micro 3D yn haws nag erioed o'r blaen.

Dyddodiad electrocemegol

Mae dyddodiad electrocemegol yn dechnoleg argraffu micro 3D prin heb unrhyw ôl-brosesu. Mae'r broses hon yn defnyddio ffroenell print mân o'r enw blaen ïon ac yn ei drochi mewn baddon electrolyt ategol. Mae'r pwysedd aer rheoledig yn gwthio'r hylif sy'n cynnwys ïonau metel trwy'r sianel ficro yn y blaen ïon. Ar ddiwedd y microchannel, mae'r hylif sy'n cynnwys ïonau yn cael ei ryddhau i'r wyneb argraffu. Yna mae'r ïonau metel toddedig yn cael eu electrodeposited i mewn i atomau metel solet. Yna mae'r olaf yn tyfu'n flociau adeiladu mwy (voxels) nes bod y rhan wedi'i ffurfio.

Sintro laser dewisol microscale （ μ SLS)

Mae'r gweithgynhyrchu ychwanegyn hwn sy'n seiliedig ar ymasiad gwely powdr, a elwir hefyd yn sintering laser dethol lefel micron (SLS), yn cynnwys gorchuddio haen o inc gronynnau nano metel ar y swbstrad, ac yna ei sychu i gynhyrchu haen gronynnau nano unffurf. Yna fe wnaeth y laser sintro'r nanoronynnau i'r patrwm dymunol. Yna ailadroddwch y broses nes bod y rhan wedi'i chreu.

Rhannau bach rhyfeddol

Gyda chynnydd technolegau prosesu newydd, megis lithograffeg graddfa lwyd dau-ffoton (2GL) a'r cyfuniad o laserau pŵer uwch a chaledwedd gwell (fel llwyfan a sganiwr), mae'r status quo o weithgynhyrchu micro ychwanegion wedi newid. Mewn cyferbyniad, gall technolegau gweithgynhyrchu ychwanegion mwy traddodiadol eraill, megis CLLD, SLA a lithograffeg stereo micro amcanestyniad (P μ SL) gynhyrchu strwythurau mwy yn unig, fodd bynnag, pan ddaw i gydraniad uchel (<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="">

Yn ôl arsylwi marchnad 3D Science Valley, mae Nanoscribe yn darparu datrysiad diwydiannol newydd ar gyfer pecynnu ffoton gydag aliniad Quantum X a lansiwyd yn ddiweddar. Mae'r golled cyplu yn cael ei leihau trwy baru maes modd ar lefel cydran yn hytrach na lefel sglodion. Mae argraffu 3D manwl uchel gydag aliniad awtomatig manwl nano yn hyrwyddo gwneuthuriad uniongyrchol o elfennau micro optegol ar sglodion ffotonig a creiddiau ffibr, ac argraffu elfennau micro optegol rhydd neu elfennau optegol diffractive (DOE) yn uniongyrchol mewn lleoliadau priodol, gan hyrwyddo'r optegol gorau posibl. cyplu ar lwyfannau ffotonig.

Mae lithograffeg graddfa lwyd dau-ffoton perchnogol Nanoscribe (2GL) yn cyflymu'n sylweddol micro-beiriannu strwythurau 2.5D manwl uchel ar gyfer cymwysiadau optegol, megis y cywirdeb siâp uchaf ac arwynebau gradd optegol (Ra Llai na neu'n hafal i 5 nm). Er mwyn ehangu'r raddfa gynhyrchu ymhellach, mae Nanoscribe wedi rhoi cynnig ar ddwy strategaeth ddyblygu ddibynadwy a phrofedig gydag EV Group a kdg opticom.

Fel unrhyw broses argraffu 3D, mae argraffu 3D micro yn caniatáu i'w ddefnyddwyr elwa ar y rhyddid dylunio. Un o'r heriau ym maes integreiddio ffotonig, cyfrifiadura optegol a chyfathrebu data yw hyrwyddo aliniad a phecynnu cydrannau ffotonig. Gall datrysiadau argraffu 3D arbennig yn seiliedig ar galedwedd a meddalwedd gyflawni cyplu lefel golau isel effeithlon.

O'i gymharu â'r un rhannau a weithgynhyrchir gan broses weithgynhyrchu traddodiadol, mae cyflymder gweithgynhyrchu rhan fach yn hynod ddiddorol. Gyda datblygiad cynhyrchion micro bach, mae argraffu micro 3D yn berthnasol i bob diwydiant sy'n delio â rhannau bach a manwl gywir. Yn draddodiadol, mae cost gweithgynhyrchu rhannau bach wedi bod yn uchel, tra bod gweithgynhyrchu micro ychwanegion bellach yn darparu atebion rhatach a haws eu defnyddio.

Mae gwybod yn ddwfn, ond mae gwneud yn bell. Yn seiliedig ar rwydwaith melinau meddwl arbenigol byd-eang y diwydiant gweithgynhyrchu, mae 3D Science Valley yn darparu arsylwad manwl i'r diwydiant o ddeunyddiau ychwanegion a gweithgynhyrchu deallus o safbwynt byd-eang. Am fwy o ddadansoddiad ar weithgynhyrchu ychwanegion, rhowch sylw i'r gyfres papur gwyn a ryddhawyd gan 3D Science Valley.