微纳3d金属拼图3D打印技术应用:AFM探针

原标题:微纳3d金属拼图3D打印 以小見大 发丝上的舞蹈

微纳3d金属拼图3D打印是在原子力显微镜平台上通过微流控制技术和电化学的方法实现微纳3d金属拼图3D结构成型可以在70微米嘚成型空间相当于人的头发丝截面内完成打印,且具备一定的机械性能可实现2微米细节,可打印材料包括金银,铜铂等。

在直径0.06mm的頭发上进行3d金属拼图3D打印相信很多人听了都觉得不可思议无法完成什么机器可以完成在头发丝上进行打印?现在跟大家介绍一下这款亚微米分辨率的3d金属拼图 3D打印机 由Exaddon AG开发的CERES系统可在环境条件下直接3D打印3d金属拼图。该系统通过增材制造来构建亚微米分辨率的复杂结构從而在微电子,MEMS和表面功能化等领域开辟了新视野

CERES系统的示意图。该系统由直观的操作员软件控制位于防震台上。控制器硬件位于桌孓下方

逐个体素和逐层执行打印过程,该过程允许90° 悬垂结构和独立式结构3d金属拼图打印工艺是基于体素的。体素定义为基本3D 块体素以定义的坐标逐层堆叠,形成所需的2D或3D

几何形状没有支撑结构的独立式结构和90°悬垂角度是可行的,带来了真正的设计自由度。通过离子尖偏转的实时反馈使打印过程自动化。当体素到达完成时,体素的顶侧与尖端相互作 用,使悬臂偏转微小量。该过程非常类似于以接 触模式运行的AFM悬臂。如果达到用户定义的偏转阈值则将体素视为已打印。然后将尖端快速 缩回至安全的行进高度然后移至下一个体素。

悬臂的体素坐标打印压力和挠曲阈值在csv文件中指定。该文件已加载到打印机的操作员软件中csv文件由Exaddon提供的设计助手(即所谓的Voxel Cloud Generator)生荿。或者可以通过任何能够导出纯文本文件的第三方软件来生成文件。

建立 用于打印结构的电化学装置。稳压器施加电压以控制还原反应体素由离子溶液构成,通过微流体压力控制器将离子溶液从离子尖端中推出该微流体压力控制器以小于1mbar的精度调节施加的压力。茬恒电位仪施加的适当电压下还原反应将3d金属拼图离子转化为固体3d金属拼图。客户定义的离子溶液以及Exaddon提供的离子墨水可用于保证打印質量离子溶液的一个例子是硫酸铜(CuSO4)在硫酸 (H2SO4)中的溶液。在工作电极上发生以下反 应:Cu2 +(aq)+ 2e-→Cu(s)

像大多数电镀技术一样,电解池也需要导电液槽才能工作在这种情况下,打印室将在pH = 3的水中充满硫酸以使电流流动。对于在其上发生沉积的工作电极需要导电表面稳压器控制用户定义的电位,并通过石墨对电极在电化学电池中提供电流Ag / AgCl参比电极用

于测量工作电极电势。将所有电极浸入支持电解質中两个高分辨率摄像头(顶视图和底视图)可实现离子头装载,打印机设置和打印结构的可视化内置了计算机辅助对齐功能,可以茬现有结构上进行打印用于在例如芯片表面上预定义的电极上打印。该软件在打印期间和之后向用户提供每个体素遇到的成功失败或困难的反馈。CERES系统还执行其他过程例如2D纳米光刻和纳米颗粒沉积。该系统开放且灵活因此用户也可以设计定制的沉积工艺。CERES系统是用於学术和工业研究的有前途的工具它在微米级3d金属拼图结构的增材制造中提供了空前的成熟度和控制能力。

目前微纳3d金属拼图3D打印更多應用在微纳米加工、微纳结构研究、太赫兹芯片、微电路修复、微散热结构、微米高频天线、微观雕塑等领域让这些领域中很多不可能變成了可能。更多关于3D打印的介绍请搜索关注云尚智造欢迎您来咨询交流。

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原标题:【技术前沿】汇总:今姩40个3D打印学术科研突破于Nature、Science及子刊

2020年12月3日,很快就过年了今年3D打印依然大火,无论是产业界还是科研界那么在科学研究上,有哪些突破性进展呢新的技术突破,往往孕育着新的市场应用机会南极熊希望下文可以帮助读者从3D打印领域“掘金”。

《自然(nature)》杂志和《科学(science)》杂志是在学术界享有盛誉的国际综合性科学周刊发布的都是科学世界中的多次重大发现、重要突破和科研成果。而3D打印作為近些年的热门技术众多研究团队在nature、science发表过非常多的科研成果(貌似从事3D打印技术发表顶级论文,存在很多的机会)

之前,南极熊整理了在nature、science杂志上发表的部分3D打印技术论文《 世界顶级学术杂志nature、science上的3D打印技术(第一部分) 》 接下来南极熊继续整理2020年在nature、science杂志以及孓刊上发表的关于3D打印技术及其相关应用的论文。

(下文约1.5万字收集了超过40个3D打印学术科研突破)

△利用a熔融沉积建模(FDM)和b立体光刻外观(SLA)技术,根据仿真设计逐层制作一个完整的探针头(c)d液态3d金属拼图通过注射孔灌注到模型中,形成射频线圈e射频线圈通过两根铜条与匹配電路连接,形成一个完整的探针液态3d金属拼图通道的入口和出口用银浆完全密封。可以制作和利用各种适合MR应用的3D打印探针头包括f用於MR的U管鞍形探针头(SAP)、U管Alderman-Grant探针头(AGP)、反应监测探针头(RMP)、电化学反应监测探针头(ECP)、梯度探针头(GP),以及g用于MRI的改进型螺线管成像探针头(MSO)、改进型Alderman-Grant成潒探针头(MAG)

interfaces”的文章,展示了一种利用软复合材料制造生物电极阵列的技术可以快速成型连接神经肌肉系统的软电极植入物。

本文中研究者提出了一种可以通过选择性激光熔炼(SLM)和电子束熔炼(EBM)两种制造途径加工的CoNi-基高温合金,尽管存在高体积分数的理想“熔化”相γ′,但仍可产生无裂纹的部件。在凝固过程中,较低的溶质偏析降低了裂纹敏感性,而一旦凝固完成降低的液相γ′-“溶解”温度减轻了开裂。室温拉伸试验表明与目前正在研究的其他镍基高温合金相比,CoNi-基高温合金具有优良的延性和强度组合

研究者创新性的提出了BATE打印技术(termed bioprinting-assisted tissue emergence),使用干细胞和类器官作为自发的自组织构建单元这些构建单元可以在空间上排列以形成相互连接且不断进化的细胞结构。

令人叹服嘚是研究者逆天的动手能力:将一个微挤出系统和显微镜(自带三维运动台)相结合构建了一个自带显微图像实时观察的打印系统,并腦洞打开的提出了未来可基于自动显微镜实现时空结合的生物3D打印即打印第一种组织,并培养发育出一定的功能和形态后再基于显微荿像,放回打印机在第一种组织周边打印第二种组织在空间和时间上都精准控制组织的发育。

在DLP打印技术中水凝胶材料在光源的照射丅进行交联,从而形成具有一定形状的凝胶结构其中曝光剂量(曝光强度和曝光时间)是非常重要的工艺参数,它直接影响了水凝胶的茭联密度和每层固化厚度大剂量的曝光(过大的曝光强度或者过长的曝光时间)在提高水凝胶交联密度的同时,也会大大增加固化厚度使得打印精度十分低下而在光照交联的过程中,氧气(O2)的存在会形成氧抑制区域影响最后的打印结果。但在该研究中他们发现控淛一定程度的氧抑制层的存在,可以使得每层的固化厚度对曝光剂量不敏感但是却可以很好地调节局部的交联密度,从而来构建局部不哃的机械刚度

首先,介绍了生物打印技术在软骨、骨、和皮肤应用上的临床进展:

目前打印的软骨组织在植入体内后具有组织学和力学性能(图1a)未来为了更好地实现软骨组织的生理功能,需要重点突破生长因子、机械性能和干细胞的梯度打印

目前主要利用生物打印技术诱导骨愈合(图1b),而大段缺损还需要结合非打印的传统产品来修复此外,生物打印也很难制造兼顾形态和功能的骨组织

目前主偠利用原位生物打印技术,对细胞和材料进行精确的控制实现原位皮肤修复(图1c、d),但是现有的技术仍不能完全模拟皮肤的形态、理囮和生理特性包括促进、调节毛囊的正常发育,色素沉着表皮的形成和成熟。

州大学陈希章教授团队首次突破了多股丝材增材制造高熵合金制造技术为大尺寸和复杂形状高熵合金材料及产品的制造提供了一种有前景的制造方法,制造的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金综合性能优异强度2.8GPa且塑性42%!

这种自适应的3D打印方法可以运用于机器人辅助的医学治疗,从而能够在人体内外直接打印可穿戴电子设备和生物材料该研究以题為“3D printed deformable sensors”的论文发表在《Science Advances》上。

论文作者为美国马里兰大学胡良兵教授、莫一非教授弗吉尼亚理工大学、加州大学郑小雨教授和 加州大学聖地亚哥分校骆建教授团队等人(共同通讯作者),论文题目为“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds”

为了强调将材料工程与定制制造策略相结合的重要性,本研究使用叻一种环保且丰富的基于生物聚合物的制造材料其应用范围从组织工程到建筑业。这些物理和数字工具的综合能力是能够以多种方式创建多方向的连续刚度梯度从而扩展了FGM的设计可能性。

Science子刊:美国德克萨斯大学:可见光快速3D打印技术

研究者选择开发两种水凝胶油墨:┅种由Aam单体组成另一种由NIPAm和AAm单体组成(摩尔比为3:1)的共聚油墨,同时还将氧化铁和二氧化硅纳米粒子掺入了油墨配方中以减少构建時间并增加致动器的机械完整性。

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CERES微纳3d金属拼图3D打印系统

CERES微纳3d金属拼图3D打印系统是利用中空AFM探针配合微流控制技术在准原子力显微镜平台上将带有3d金属拼图离子的液体分配到针尖附近再利用电化学方法將3d金属拼图离子还原成3d金属拼图像素体,通过位移台和针尖在空间方向的移动获得目标3D结构我们称之为μAM(Additive Manufacturing)技术(源自于FluidFM技术)。

CERES微纳3d金属拼圖3D打印系统

直接打印亚微米3D3d金属拼图结构

可在现有结构上精确打印3D结构

电化学沉积3d金属拼图和合金材料

打印90°悬臂结构无需支撑结构

飞升/秒剂量精度多种液体

室温打印高纯度3d金属拼图无须后处理

直接打印复杂3D3d金属拼图结构,结构精度可达亚微米级

通过精确控制剂量和扫描速度获得复杂纳米尺度结构

可将超精细结构直接打印在目标区域达到对材料表面修饰的目的

可打印Cu、Ag、Cu、Pt。另有30多种3d金属拼图材料备选

除了3D打印功能外这套系统还可以帮助我们实现纳米光刻、在已有结构上打印其他结构、表面修饰、飞升量级溶液局部分配、纳米颗粒(<200nm)表面分散、实现电接枝技术等……

两年来,我们利用CERES(微纳3d金属拼图3D打印系统)为前沿科技领域提供了新的解决方案 --- 基础物理研究、微纳米加工、 MEMS、仿生、表面等离子激元、微纳结构机械性能研究、太赫兹芯片、微电路修复、微散热结构、生物学、微米高频天线、微针……

如果您有好的应用但却受现有的加工技术局限,欢迎您与我们沟通讨论!

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