材料沉积喷墨打印及
涂层系统解决方案
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美国卡内基梅隆大学Burak Ozdoganlar教授利用MicroFab的喷墨打印技术制备了自由形态的微型3D冰结构。水的快速相变能力以及环境和生物相容性使其成为一种独特的结构材料，利用喷墨打印技术可高速和准确地重复制造微尺度分辨率的3D冰结构，可被用来生产具有明确内部特征的树脂部件，这种技术可以为微流体、生物医学设备、软电子学和艺术带来更多的发展。 介绍水是地球表面最丰富的物质，是地球上生命最重要的元素之一，液态水向冰和冰向液态水或水蒸气的简单快速相变使水成为环境友好且生物相容性优异的结构材料，利用水的这一优势可以开发多种技术来制造复杂、多尺度和高分辨率的冰结构。喷墨打印是一种非接触、无掩模、可扩展和高分辨率的工艺技术，在电子、制药和生物医学行业得到了广泛的应用，Burak Ozdoganlar教授开发了一种基于喷墨打印技术的自由形态的微型3D冰结构的打印方法，如图1、图2 所示。喷墨打印头（MJ-AB-01，MicroFab）安装在一个z轴运动台上，我们使用3D-ICE技术制造了具有光滑表面、连续（非离散）直径变化和悬垂特征的结构，此外冰模板还可以浸没在光固化、化学交联或溶剂基聚合物中作为外部材料（固体部分），制备微尺度分辨率模型用于微流体、生物医学设备、软电子学和艺术等领域。
▲ 图1
▲ 图2 使用调频控制结构尺寸能够构建具有高精度和再现性的复杂的3D冰结构，并扩展3D冰印能力。如图3，显示了水滴在不同喷射频率下在固定位置上的沉积，生产一个均匀直径的柱需要通过随着柱长度的增加而减少液滴频率来补偿减少的热流。
▲ 图3
▲ 图4 通过控制与液滴沉积相协调的平台运动，支持自由悬垂的冰形成，图4展示了利用运动制造有角度和弯曲的冰结构，所得结构的局部斜率主要取决于阶段速度和冻结前沿的增长率的比率。图5展示了了三种不同的三维模型：一个具有独立中心柱的螺旋线圈，一个分枝的树状结构，和一个微尺度的章鱼雕塑，光滑圆柱表面、直径不同的截面和分支之间平滑过渡的分支结构等关键特征在三个方案上得以体现。
▲ 图5
▲ 图6 3D冰打印技术的一个应用是它用于制作模板。通过在3D冰模板周围浇铸UV固化树脂，反向模制通道几何形状，如图6所示展示了用光（紫外线）固化的树脂快速制造具有微尺度的内部几何形状的零件。 结论喷墨打印技术用于微尺度分辨率的自由形态微型3D冰结构，消除了对支撑结构和逐层构造的需求，实现了具有微尺度分辨率、连续变化的圆形横截面、平滑表面和具有平滑交叉点的分支分层几何结构的复杂3D冰结构的高速和可复制制造；通过打印牺牲冰模板来制造具有明确内部特征/空隙的零件，实现了自由形式3D冰印技术的创新应用。此技术可以在3D微流控装置、嵌入式冷却通道的复杂机械系统、血管化工程组织支架和软机器人的气动致动器中使用，广泛应用于生物医学、三维微流控装置制造、制造生物兼容性柔性电子等领域。 参考文献： [1] Akash Garg et al, Freeform 3D Ice Printing (3D‐ICE) at the Micro Scale, Advanced Science (2022). ____________________________________________________________________________________________________________________________ p.s.为保持服务的专业性及稳定性，烦请通过以下方式与睿度光电联系，咨询邮箱：service@rd-mv.com，电话：+86-21-51816409。非常感谢您的关注，期盼与您合作并探索更多可能。 |
