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研究人员3-D打印微小的多色微结构

研究人员已经开发出一种自动3-D打印方法,该方法可以使用不同的材料生产多色3-D微结构。新方法可用于制造各种光学组件,包括光学传感器和光驱动致动器,以及用于诸如软机器人和医疗应用之类的多材料结构。

日本横滨国立大学的研究小组负责人丸尾章二说:“可以使用多种材料的组合来创建用一种材料无法实现的功能。” “像我们这样的允许单步制造多材料结构的方法省去了组装过程,从而可以高精度,低成本地生产器件。”

在光学学会(OSA)的《光学材料快报》上,Maruo及其同事描述了他们的新3-D打印方法,并通过创建各种多色3-D结构进行了演示。他们的技术基于立体光刻技术,这是一种3-D打印方法,非常适合制造微型设备,因为它使用紧密聚焦的激光束来制作复杂的细节特征。

Maruo说:“使用3-D打印技术制造多材料微尺度光学元件的能力可以帮助缩小用于医疗和诊断的光学设备的尺寸。” “这可以提高在体内或体内使用这些设备的能力,同时使它们成为一次性的,这将有助于提供先进且安全的医学诊断。”

依次执行所有过程,以自动生产多色3D微结构。为了抑制气泡,随着激光使材料硬化,3D打印的结构在树脂内部移动。他们还集成了两步过程,以在更换树脂时彻底清洁3D打印结构以防止交叉污染。图片来源:横滨国立大学丸尾章二

优化彩色立体光刻

立体光刻技术通过使用激光以逐层方式硬化称为光固化树脂的光活化材料来建立高精度的3D 结构。微流体通常用于固定液态树脂,但是在切换材料时要避免不同的树脂相互污染,而又不会在打印物体上产生大量废料或形成气泡,这是一个挑战。

在这项新工作中,研究人员开发了一种将各种材料保持在液滴状态的方法,这使它们可以更轻松地在封闭空间(例如微通道)中进行交换而不会产生浪费。为了抑制气泡,每次更换树脂时,在树脂内部移动3D打印结构。他们还集成了两步过程,以在更换树脂时彻底清洁3-D打印结构以防止交叉污染。

为了实施这种优化方法,研究人员创建了一个调色板来容纳多种树脂,并将其,两个清洁槽和一个空气喷嘴放置在电动平台上。Maruo说:“所有过程,包括3-D打印,树脂替换,气泡去除和清洁,都是使用我们开发的软件顺序进行的。” “这允许自动创建多色3-D微结构。”

研究人员创建了一个调色板来容纳多种树脂,并将其,两个清洁槽和一个空气喷嘴放置在电动平台上。这样就可以按顺序执行所有过程,以自动生产多色3D微结构。图片来源:横滨国立大学丸尾章二

创建多色3-D结构

研究人员通过将各种类型的光固化树脂放在调色板中并使用它们创建3-D微结构来测试该方法。对于其中一个演示结构(一个直径仅为1.5毫米的微型多色立方体),3-D打印系统在6小时的制造过程中交换了五种颜色的树脂250次。研究人员还表明,调整多色树脂的层数可以调整结构各部分的吸光度,从而使它们可以通过组合红色,蓝色,绿色和黄色层来创建具有黑色等颜色的微结构。

Maruo说:“这种方法不仅可以应用于多色树脂,而且可以应用于多种材料。” “例如,将各种陶瓷微粒或纳米颗粒与可光固化树脂混合,可用于3D打印各种类型的玻璃。它还可与生物相容性陶瓷材料一起使用,以制造用于再生骨骼和牙齿的支架。”

研究人员现在正在努力缩短更换树脂和去除气泡等过程所需的时间,以加快制造速度。他们还计划使用他们先前证明的技术来构建多尺度制造系统,其中通过修改聚焦透镜和激光曝光条件,可以将制造分辨率从不到一微米更改为几十微米。

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