Mikro 3D Baskıya İlişkin İçgörü - Eklemeli Üretim Teknolojisine İlişkin Benzersiz İçgörü

Genel olarak, imalat endüstrisindeki yeniliklerin çoğu, büyük 3D baskılı parçalar üretme yeteneği etrafında geliştirilir. Ancak elektronik, biyoteknoloji, otomobil ve havacılık alanlarında minyatür ekipmana yönelik artan taleple birlikte, insanlar mikro katkı üretim teknolojisine giderek daha fazla ilgi gösteriyor. Peki, küçük parçalar için pazar ne kadar büyük? Bu sayıda, Nanoscribe, 3D Science Valley ve Guyou'nun iş geliştirme müdürü JRg Smolenski'nin analizine dayanarak, mikro katkılı üretim teknolojisinin temel ilkelerini ve farklı türlerini ve ayrıca mikro katkılı üretimin temel avantajlarını anlamak için bir araya geliyor. pazarın ilerlemesine yardımcı olabilecek teknoloji ve iyileştirilmesi gereken alanlar.

Mikro 3D baskı teknolojisi

NanoScribe

Küçücük dünyanın yeri doldurulamaz

Mikro katmanlı üretim terimi genellikle 3D mikro işleme veya yüksek hassasiyetli katmanlı üretim ile birbirinin yerine kullanılır, ancak aslında bunlar tam olarak eş anlamlı değildir. Genel olarak, eklemeli üretim daha çok endüstriyel üretim ortamına atıfta bulunur ve 3D mikro işleme, MEMS üretiminde çok popüler olan ve yaygın olarak kullanılan fotolitografi yöntemi gibi tüm yöntemleri açıklayan genel bir terimdir (bu büyük bir olgun pazardır ve yöntem çok olgun). Mikroakışkanlar için yöntemler, elektron demeti litografisine dayalı dijital yöntemler ve benzeri gibi birçok başka 3B mikro işleme yöntemi vardır.

Mikro katkılı üretim teknolojisinin durumunu göstermek için, 3D baskıda, bir parçanın ilk olarak bir nokta dizisi aracılığıyla oluşturulduğu ve dijital olarak tanımlandığı varsayılır; burada bir nokta (voksel) minimum baskı birimini temsil eder. Voksel boyutu nanometreden makroskopik boyuta kadar değişir. Bu nedenle mikro 3D baskı işlemi, mikro ürünlerin üretimi için çok önemli olan mikron veya mikron altı voksellerin kullanımını gerektirir. Bu nedenle, "mikro 3D baskı" terimi, mikro enjeksiyon kalıplama işlemi ve diğer geleneksel üretim süreçleri kullanılarak şekli elde edilemeyen ultra yüksek hassasiyetli, küçük parçaların imalatını ifade eder.

3D Science Valley'e göre, 3D baskı teknolojisinin geliştirilmesinde biri geniş format 3D baskı teknolojisi olmak üzere iki farklı odak var. Diğer bir odak noktası ise mikro yön, yani hassas ve mikro cihazlar üretebilen 3D baskı teknolojisidir. Mikro nano 3D baskı, 3D baskı teknolojisinin avantajlarının somutlaşmış örneği olan veya hassas cihaz imalat endüstrisini alt üst edecek olan karmaşık ve ince cihazlar üretebilir.

Küçük güç dünyayı değiştiriyor! 3D Science Valley, bir keresinde mikron seviyesindeki 3D baskı şirketi Cytosurge'un temel teknolojisinin ETH Zürih Teknoloji Üniversitesi'nden geldiğini paylaşmıştı. Patentli FluidFM teknolojisine dayanarak, yenilikçi yüksek hassasiyetli nanoteknoloji metal 3D yazıcılar geliştirir, üretir ve satar. Bu teknoloji, akışkan kuvveti mikroskobu teknolojisini temsil eder ve yaşam bilimleri ve biyofizikte birçok uygulamaya sahiptir.

Çin'de, West Lake'in mikron düzeyinde hassasiyete sahip geleceğin akıllı 3D hassas üretim teknolojisi, metal, seramik, manyetik malzemeler, polimerleri entegre ederek elektronik ve optik alanlarda hassas işlemede yüzlerce nanometre ila yüzlerce mikron arasındaki pazar boşluğunu oluşturacaktır. vb.

Parça tek haneli mikrometrelerde 5 mikron katman kalınlığına ve 2 mikron çözünürlüğe kadar ölçüldüğünde mikro 3D baskı işlemi başlatılır. İlginç bir şekilde, bazı mikro eklemeli üretim süreçleri, bir mikrondan 1000 kat daha küçük olan nanometre (nm) cinsinden ölçülen bileşenler üretebilir. Örneğin, bu mikro üretim seviyesinin nasıl olduğunu daha iyi görselleştirmek için, insanlar genellikle insan saçının ortalama genişliğinin 75 mikron olduğunu, insan DNA ipliklerinin çapının ise 2,5 nanometre olduğunu hatırlar.

Minyatürleştirmede, genel boyutların kontrolü çok önemlidir ve mikro 3D baskı, minyatürleştirmenin "bir sonraki düzeyine" ulaşabilir. Spesifik olarak elektronik, optik, yarı iletkenler, tıbbi cihazlar, tıbbi aletler, mikro enjeksiyon kalıplama, mikroakışkanlar ve sensörler gibi uygulamalar, mikro 3D baskının benzersiz bir rol oynadığı alanlardır.

Örneğin, yüksek hassasiyetli 3D biyobaskı, doku mühendisliği ve hücre araştırmaları için özelleştirilmiş bir yapı iskelesi olarak kullanılabilir ve hassasiyet, hız, malzeme çeşitliliği ve sterillik gerektiren diğer birçok yenilikçi biyomedikal mikro-ortama uygulanabilir. 3D mikro işleme, yaşam bilimi araştırmalarını bu alandaki hastalıkları tedavi etmek için rejeneratif tıp kavramına yaklaştırabilir. Örneğin, Boston Üniversitesi'ndeki bilim adamları, özelleştirilebilir bir 3D mikro-ortamda miyokard dokusunu incelemek için iki foton polimerizasyon (2PP) ile üretilen mikroakışkan çip platformu aracılığıyla yumuşak ve mekanik olarak aktif bir hücre kültürü platformu geliştirdiler. Bu hücre kültürü platformu, kalp dokusunun 3 boyutlu bir ortamda büyümesini sağlar ve çipin dikey duvarındaki hücre ek yerinde kendi kendine toplanmasını gözlemleyebilir. Entegre elektronik sensör, kültürlenmiş kalp hücrelerinin kasılmasıyla üretilen kuvveti ölçer. Ek olarak, araştırmacılar çipe mekanik bir aktüatör entegre ettiler. Bu aktüatör ile bilim adamları, sabit ve dinamik mekanik zorlamanın kalp dokusu üzerindeki etkilerini incelediler. Doku mühendisliği, hücre biyolojisi ve rejeneratif tıpta mikro 3D baskının diğer birçok heyecan verici uygulamasını bekleyebiliriz.

Quantum X'in entegre iki fotonlu gri tonlamalı litografisi (2GL) ve temel voksel ayarlama teknolojisi, mikron altı şekil doğruluğu ve 5 nm'den (Ra) daha az yüzey pürüzlülüğü ile 2.5D mikro yapılar üretebilir.

NanoScribe

Genel olarak 10 mikron ve altının mikro katkılı üretim olduğuna inanıyoruz. Tabii tüm bunlar 1-3 mikron aralığındaysa mikro AM'nin en doğru tanımı budur.

Çeşitli AM prosesleri gibi, çeşitli mikro AM prosesleri de vardır: sigorta biriktirme (FFD), doğrudan mürekkeple yazma (DIW), doğrudan enerji biriktirme (DED), lamine nesne üretimi (LOM), elektrohidrodinamik redoks baskı ( EHDP), toz yatakta eritme (PBF), fotopolimerizasyon tabanlı 3D baskı (P3DP) ve lazer kimyasal buhar biriktirme (LCVD).

Mikro 3D baskı teknolojisi

3D Bilim Vadisi Teknik Raporu

Reçine bazlı mikro 3D baskı işlemi, çözünürlük, kalite, tekrarlanabilirlik ve hız avantajları nedeniyle şu anda piyasada en çok tanınan işlemdir. Ayrıca DED ve EHDP daha yüksek çözünürlük elde edebilir. Ancak, bu işlemlerle ilişkili yüksek maliyet ve düşük üretim oranı, uygulamalarını sınırlar. Ancak, sınırlı çözünürlükleri nedeniyle, küçük, yüksek hassasiyetli parçaları veya yapıları gerçekleştirmede hala sınırlamaları vardır.

Bu yöntemlerle karşılaştırıldığında, Nanoscribe'ın 2PP'si 100 nm kadar düşük bir minimum özellik boyutu üretebilir. Araştırmaya göre, yeni optik yöntemlerin geliştirilmesi, mikro katkılı üretim sürecinin, özellikle fotopolimerizasyona dayalı 3D baskı sürecinin ilerlemesine yol açmıştır. Uzmanlara göre, daha kısa dalga boylarına sahip ışık kaynakları (UV ışınları gibi) ve daha yüksek NA'ya (sayısal açıklık) sahip objektif lensler kullanmak, genellikle mikro AM'deki en belirgin zorluklardan biri olan daha yüksek çözünürlük elde edebilir.

Isıl işlem ve laminasyona dayalı diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, optik yöntem bitişik voksellerin bağlantısını daha güçlü hale getirir. UV kürleme gibi işlem sonrası adımlar da 3D baskı bileşenlerinin kalitesini artırmaya yardımcı olur. Son olarak, rapor, işleme alanı ile aydınlatma sistemi arasındaki temassız yol nedeniyle, işlenmiş hammaddelerin lazer noktası veya optik modelinin stabiliteyi ve tekrarlanabilirliği iyileştirmeye yardımcı olabileceğini belirtiyor.

Bununla birlikte, mikro katkının en bilinen üretim süreçleri arasında DLP ve mikro stereo litografi（ μ SLA), projeksiyon mikro stereo litografi (P μ SL), iki fotonlu polimerizasyon (2PP veya TPP), litografi bazlı metal imalatı ( LMM), elektrokimyasal biriktirme ve mikro ölçekli seçici lazer sinterleme（ μ SLS).

Doğrudan Işık Projeksiyonu (DLP) Teknolojisi

DLP teknolojisi, DLP'yi uyarlamalı optik kullanımıyla birleştirerek tekrarlanabilir mikron çözünürlüğü elde edebilir. Genellikle çok benzer olarak adlandırılan SLA ve SLA arasındaki temel farklardan biri, SLA'nın bir katmanı izlemek için lazer kullanması gerekirken, DLP'nin bir seferde tüm katmanı katılaştırmak için bir projeksiyon ışık kaynağı kullanmasıdır.

Mikro stereolitografi（ μ SLA)

Ayrıca ışığa duyarlı polimer reçinesini ultraviyole lazere maruz bırakarak fiziksel bileşenleri oluşturmak için mikro stereo litografi (MPuSLA) ışıkla indüklenen katman istiflemeye dayalı olarak kullanılır.

Projeksiyon mikro stereo litografi (P μ SL)

P μ SL, μ m alan projeksiyonu tarafından tetiklenen yüksek çözünürlüklü (0.6'ya kadar) fotopolimerizasyondur) 3B baskı teknolojisi, birden fazla ölçek ve malzemeyi kapsayan karmaşık 3B mimariler üretebilir. Bu işleme dayalı makinelerin genellikle DLP ve SLA teknolojilerinin avantajlarını birleştirdiği düşünülmektedir. Satın alınabilirliği, doğruluğu, hızı ve polimerleri, biyomateryalleri ve seramikleri işleme yeteneği nedeniyle süreç hızla gelişmiştir.

Fotolitografiye dayalı metal üretimi

Işığa duyarlı reçinede homojen dağılımdan sonra, metal tozu daha sonra mavi ışığa maruz bırakılarak seçici olarak polimerize edilir. 3D baskılı yeşil parçalar daha sonra yoğun parçalar elde etmek için fırında sinterlenir.

İki foton polimerizasyonu (2PP veya TPP)

Bu işlem genellikle mikro 3D yazıcıların en hassası olarak kabul edilir. 2PP, pahalı maske üretimi ve çoklu litografi olmadan 3D ve 2.5D mikro yapılar üzerinde çalışabilen doğrudan bir lazer yazma yöntemidir. 2PP'nin maskesiz litografi ve yüksek hassasiyetli eklemeli üretim arasında tam potansiyelini oynadığı söylenebilir.

3D Science Valley'in pazar anlayışına göre, 2PP, örneğin optik fiberlerin, fotonik çiplerin ve dahili contalara sahip mikroakışkan kanalların uygulama alanlarında, gofret seviyesi düzlemsel substratlar üzerinde parçaların mikro üretimini desteklemiştir.

2PP, işlemeyi kolaylaştırmak, optimum çözünürlük ve şekil doğruluğu elde etmek ve farklı uygulamalar için uyarlanabilmek için özel ışığa duyarlı reçine gerektirir. Şu anda, iki fotonlu polimerizasyona dayalı yüksek hassasiyetli 3D baskı, biyomedikal ekipman, mikro optik, MEMS, mikroakışkan ekipman, fotonik paketleme (PIC gibi), yüzey mühendisliği projeleri vb. gibi uygulama tasarımının hızlı prototiplenmesi için çok uygundur. Gofret işleme yetenekleri, toplu işlemeyi ve 3D mikro parçaların küçük toplu üretimini her zamankinden daha kolay hale getirir.

elektrokimyasal biriktirme

Elektrokimyasal biriktirme, herhangi bir son işlem gerektirmeyen nadir bir mikro 3D baskı teknolojisidir. Bu işlem, iyon ucu adı verilen küçük bir baskı nozulu kullanır ve onu destekleyici bir elektrolit banyosuna daldırır. Düzenlenmiş hava basıncı, metal iyonları içeren sıvıyı iyon ucundaki mikro kanaldan iter. Mikrokanalın sonunda iyon içeren sıvı baskı yüzeyine salınır. Çözünmüş metal iyonları daha sonra katı metal atomlarına elektro-çökeltilir. İkincisi daha sonra parça oluşana kadar daha büyük yapı taşlarına (voksellere) dönüşür.

Mikro ölçekli seçici lazer sinterleme（ μ SLS)

Mikron seviyesinde seçici lazer sinterleme (SLS) olarak da bilinen toz yatak füzyonuna dayalı bu ilave üretim, substrat üzerine bir metal nano partikül mürekkebi tabakasının kaplanmasını ve ardından tek tip bir nano partikül tabakası oluşturmak için kurutulmasını içerir. Lazer daha sonra nanoparçacıkları istenen desene sinterledi. Ardından parça oluşturulana kadar işlemi tekrarlayın.

Büyüleyici küçük parçalar

İki fotonlu gri tonlamalı litografi (2GL) gibi yeni işleme teknolojilerinin ilerlemesi ve daha yüksek güçlü lazerler ile gelişmiş donanımların (sahne ve tarayıcı gibi) birleşimi ile mikro katkılı üretimin durumu değişti. Buna karşılık, DLP, SLA ve projeksiyon mikro stereo litografi (P μ SL) gibi diğer daha geleneksel eklemeli üretim teknolojileri, ancak yüksek çözünürlük söz konusu olduğunda yalnızca daha büyük yapılar üretebilir (<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="">

3D Science Valley'in pazar gözlemine göre Nanoscribe, yakın zamanda piyasaya sürülen Quantum X hizalaması ile foton paketleme için yeni bir endüstriyel çözüm sunuyor. Kuplaj kaybı, çip seviyesinden ziyade bileşen seviyesinde mod alanı eşleştirmesi yoluyla azaltılır. Nano hassas otomatik hizalama ile yüksek hassasiyetli 3D baskı, mikro optik elemanların fotonik çipler ve fiber çekirdekler üzerinde doğrudan üretimini ve serbest biçimli mikro optik elemanların veya kırınımlı optik elemanların (DOE) uygun yerlerde doğrudan yazdırılmasını destekler, böylece optimum optik teşvik fotonik platformlarda bağlantı.

Nanoscribe'ın tescilli iki fotonlu gri tonlamalı litografisi (2GL), en yüksek şekil doğruluğu ve optik dereceli yüzeyler (Ra 5 nm'den az veya ona eşit) gibi optik uygulamalar için 2.5D yapıların yüksek hassasiyetli mikro işlemesini önemli ölçüde hızlandırır. Üretim ölçeğini daha da genişletmek için Nanoscribe, EV Group ve kdg opticom ile iki güvenilir ve kanıtlanmış çoğaltma stratejisi denedi.

Herhangi bir 3D baskı işlemi gibi, mikro 3D baskı da kullanıcılarının tasarım özgürlüğünden yararlanmalarını sağlar. Fotonik entegrasyon, optik hesaplama ve veri iletişimi alanındaki zorluklardan biri, fotonik bileşenlerin hizalanmasını ve paketlenmesini teşvik etmektir. Donanım ve yazılıma dayalı özel 3D baskı çözümleri, verimli düşük ışık seviyesi bağlantısı sağlayabilir.

Geleneksel üretim süreciyle üretilen aynı parçalarla karşılaştırıldığında, küçük bir parçanın üretim hızı büyüleyicidir. Minyatürleştirilmiş mikro ürünlerin geliştirilmesiyle, mikro 3D baskı, küçük ve hassas parçalarla uğraşan tüm endüstriler için geçerlidir. Geleneksel olarak, küçük parçaların üretim maliyeti yüksekken, mikro katmanlı üretim artık daha ucuz ve kullanımı daha kolay çözümler sunuyor.

Bilmek derindir, ama yapmak uzaktır. Üretim endüstrisinin küresel uzman düşünce kuruluşu ağına dayanan 3D Science Valley, sektöre küresel bir perspektiften katkı malzemeleri ve akıllı üretim hakkında derinlemesine gözlem sağlar. Katmanlı üretim hakkında daha fazla analiz için lütfen 3D Science Valley tarafından yayınlanan tanıtım belgesi serisine dikkat edin.