微纳级DLP技术3D打印树脂、金属、陶瓷

有人对南极熊说过，3D打印最强大最有前途的应用，可能在于微纳结构的制造，因为尺度太精细，使用减材的办法难度高，但使用增材的办法，就变得容易很多。

同时，复杂的三维微纳结构材料，在微机电系统、光学工程、生物医疗、精密制造、光子晶体、半导体、传感器等诸多领域有着广泛的应用和巨大的产业需求。技术门槛往往也非常高。微纳尺度 3D打印被美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》列为2014年十大具有颠覆性的新兴技术。

△图：各种微纳结构(引自Adv. Mater. 2017, 29, 1701850)

高效、低成本、批量化制造复杂三维微纳结构(尤其是大面积复杂三维微纳结构)一直被认为是一项国际化难题, 也是当前国际上学术界和产业界的研究热点, 以及亟待突破的瓶颈问题。这些复杂微纳结构能否利用3D打印技术批量化制造，最近一家来自佛山的3D打印企业开发的3D打印将传统的3D打印技术逼进微纳尺度。

如何制备微纳尺度的三维结构，关键问题是提高3D打印的分辨率。

△各种3D打印方式与对应的分辨率

• 在100微米尺度以上，一般现在的FDM、DLP和SLA都能够达到，比如打印各种模型、玩具、工件等等民用领域；
• 在10-100微米百微米尺度范围内，DLP和SLA打印精度能够达到这个尺度，典型的应用如牙医、珠宝首饰等领域，典型的打印精度要求在50-100微米左右；
• 对于1-10微米微米和亚微米尺度这个区间来看，传统的各种打印方式就很难满足了，而这个领域对应的应用有光刻、制版、半导体、透镜镜片精密加工等众多领域；
• 对于小于1微米尺度来看，有些高精尖的科研手段可以制备，比如采用双光子吸收、光全息聚合或者电子束加工这些方式，不过这些制备手段太过高端且昂贵，不利于普及。
  

△ 指尖上的埃菲尔铁塔，铁塔蕴含丰富的细节

2018年2月4日，光垒智造向南极熊爆料，他们将DLP 3D打印技术的分辨率推进到微米亚微米尺度。

光垒智造全名是佛山市光垒智能制造有限公司，技术来源于中山大学和北京化工大学，这是一家从事3D打印技术的高科技企业，他们是怎么解决的？

光垒智造的范冰丰博士认为，在各种现有的3D打印技术中（除双光子吸收、光全息、电子束等科研手段外），只有DLP打印才有可能将分辨率进一步提高，他认为从三个层面提高DLP的打印分辨率：

• 选择像素更小的DMD微镜；
• 减小LED光源的波长，这个跟半导体技术里的光刻很类似，现在制造CPU的技术都在用极紫外光曝光技术；
• 设计更匹配的紫外聚焦成像光学系统。
  

△进一步提高DLP打印精度的措施

范博士早年从事LED半导体芯片的制造，熟悉诸如半导体光刻、Stepper步进式曝光机、无掩膜Maskless曝光机的工艺手段，将类似工艺引入到DLP技术中。光垒智造的LED芯片工程师设计了高功率型的更低波段的紫外LED光源，光学工程师们设计了汇聚型的光学镜头及紫外光路，软件工程师又进一步处理汇聚之后的畸变和光场均匀度调教，这样才将DLP 3D打印精度推到了亚微米微米尺度。

尤其重要的是，目前大多数进口的光敏固化材料精度大概在10-100微米左右，设备打印精度却在10微米以下，光垒智造的化工团队设计了精度更高与他们设备匹配的光敏材料，使得打印微纳结构能够成功。

△三维密堆积微纳结构，下图为高倍显微镜下的细节图像

△应用：高精透镜和微电子

目前来说，最实际的应用莫过于科研领域了，科研工作者有了这个设备，就可以打印各种微纳结构的材料，美美的在国际顶尖期刊灌水。光垒的微纳尺寸打印设备目前可接受定制，价格很亲民。

范博士对南极熊介绍了光垒智造的理念，“光垒看到了3D打印领域在各行各业巨大的应用前景，在分析各种3D打印技术手段时，认为DLP打印提供的从面到体比其它FDM、SLA方式的从点到面到体的打印方式从原理上就快得多，是DLP技术是最有可能推进3D打印产业化和工业化进程的技术。所以深耕DLP技术，始终瞄准DLP技术朝着高速率、高精度和大尺寸方向发展，只有这样，3D打印技术才能从一个打样的技术向生产技术过渡。目前光垒人基于DLP 3D打印技术已开发了高分子材料、金属材料和陶瓷材料三大打印技术，并且将DLP技术的打印精度提高到微纳尺度，打印尺寸提高了数倍。”