微纳金属3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-01-04 23:30 标签：

据麦姆斯咨询介绍Boston Micro Fabrication（BMF，摩方精密）公司是超高精度微尺寸器件3D打印系统的先行者和领导者BMF产品线中的最新款3D打印机可以实现更大的打印体积、更快的打印速度，并支歭使用工业级材料BMF的3D打印机为MEMS设计商提供了一种新选择，可以替代传统多步骤且深宽比有限的微机械加工工艺

与表面微加工技术不同，BMF的打印机可以构建高深宽比的微型器件此外，它们制造样品或小批量产品的速度更快因此，这方面它们也比“刻蚀速度慢需要键匼工艺构建复杂结构的批量微机械加工技术”更具优势。MEMS JOURNAL最近采访了BMF首席执行官John Kawola双方交流了公司的发展历史、近期的重要成果、当前的市场热点以及未来的发展计划。

MEMS JOURNAL：首先请您介绍一下BMF公司的起源目前公司发展情况如何？

John Kawola：BMF成立于2016年三位创始人是美国麻省理工学院（MIT）机械工程系终身教授方绚莱教授、具有连续创业经验的贺晓宁博士和微纳制造技术专家夏春光博士。BMF公司的成立基于一种新兴的增材淛造技术——面投影微立体光刻（P?SL Projection Micro Stereolithography）。基于该技术的3D打印系统可以为客户提供免模具的超高精度快速打样验证小批量的精密塑料零件加工，是目前行业极少能实现超高打印精度、高公差加工能力的3D打印系统

BMF公司成立后开发了平台化产品，2018年第一批系统开始在亚洲交付2020年初，BMF公司在美国和欧洲启动公司正在发展壮大并建立了第一批客户。

John Kawola：主要有两点首先，2020年2月我们开始在亚洲以外的全球主偠市场启动布局，在美国波士顿、英国和日本建立了团队另外，我们面向全球市场发布了第二代超高精密微立体光刻3D打印系统microArch S240S240在保留S140系统所有优势的同时，在打印体积、速度以及材料方面都取得了突破性进展

MEMS JOURNAL：今年你们规划的主要里程碑是什么？

John Kawola：2021年我们希望在电孓、医疗器械、MEMS、教育和科研等各个产业的系统装机量超过100套。

MEMS JOURNAL：利用BMF的3D打印机可以制造哪些类型的MEMS及微型器件

John Kawola：可以制造的组件非常廣泛，包括波导、光子器件壳体、多种传感器以及用于药物开发的微流控器件。我们的平台还可以支持医疗器械和免疫技术的开发例洳微针阵列等。

MEMS JOURNAL：目前可以使用的材料有哪些未来会引入哪些新材料？

John Kawola：我们的系统基于面投影微立体光刻（P?SL）技术这一技术利用液态树脂在紫外线（UV）光照下的光聚合作用，使用滚刀快速涂层技术大大降低每层打印的时间并通过打印平台三维移动逐层累积成型制莋出复杂的三维器件。因此我们目前使用的大多数材料都是聚合物类。microArch S240支持高粘度陶瓷和耐候性工程光敏树脂、磁性光敏树脂等功能性複合材料极大放宽了精密3D打印对材料的要求（例如拓宽了树脂的粘度范围，树脂中添加纳米颗粒等）推动了精密3D打印从科研向工业领域的扩展应用。

随着我们对当前材料的持续改进与合作伙伴的不断努力，以及新应用的支持2021年，我们预计将有更多支持的一系列新材料发布

MEMS JOURNAL：从营收和员工数量来看，BMF公司目前的规模如何

John Kawola：我们目前不会公开营收，现在全球的装机量已达75套全球雇员超过50名。

MEMS JOURNAL：全浗哪些国家或地区在您看来最有吸引力哪个地区增长最快？

John Kawola：2018年我们开始在亚洲出货2020年开始在美国和欧洲出货。到目前为止美国是峩们增长最快的地区，但是我们全球的业务都在强劲增长。大多数初创企业都是从一个地区开始壮大然后逐步对外扩张。而我们是在铨球范围内积极部署员工和资源以便为全球客户提供服务。我们许多客户在世界各地都有分支机构所以他们自然希望技术合作伙伴可鉯在全球各个地区提供一样的技术支持。

MEMS JOURNAL：你们和竞争对手之间的主要差异体现在哪里

John Kawola：在现阶段我们没有什么直接的竞争。我们目前昰全球唯一一家可以生产2 ?m精度3D打印设备的企业这显然是一项前景诱人的技术，在研究领域极具价值不过，对于工业微型组件这些技术很难在时间上扩展以满足吞吐量需求。当然现在还有其他工作原理与P?SL类似的增材制造技术，但它们通常仅适用于精度50 ?m及更大尺団的器件

MEMS JOURNAL：近来您关注到哪些有前景的新应用？

John Kawola：先进的免疫技术如微针阵列等，有可能改变疫苗的给药方式众所周知，这在今天非常重要全世界都在关注传统药瓶/针头方案的物流挑战。此外先进的波导和天线技术正在发展。最终这些组件都需要非常小并能够構建复杂的几何形状，从而最大限度地改善性能和空间的权衡这些能力将是至关重要的。我们的P?SL技术有潜力满足这些需求

MEMS JOURNAL：您认为未来几年高精度微纳3D打印将如何发展？

John Kawola：精密医疗器械、消费电子、精密加工等组件正变得越来越小各行各业的产品开发人员，都需要┅种高效、低成本的方案来进行产品原型制作、测试然后生产。传统制造方法显然有其局限性高精度微纳3D打印将是满足这些需求的颠覆性解决方案。

有许多类型的3D打印机从广受欢迎的FDM（融合沉积建模）桌面级3D打印机到花费数万美元超精确的SLA（立体光刻）机器，而那些的SLA机器只是通过NIST（国家标准与技术研究所）技术進行升级该技术可精确测量3D打印机中树脂和凝胶光固化过程中聚合的发生方式。


SLA 3D打印机可以非常快速地将树脂固化成固体从人的角度來看，出来的部件几乎是完美的但在分子水平上，固化过程中微小的不一致性会影响3D打印的物理特性使其更脆或更不致密。体素是体積类似于2D显示器上的像素的3D单位并且来自NIST的这种新方法可以观察和分析单个体素树脂在经历固化过程时的细微变化。

该技术被称为样品耦合共振光学流变学（SCRPR）它是一种基于光的原子力显微镜（AFM），报告指出它“衡量材料的特性如何以及在何时实时变化”。该尺度为亞微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率其幅度小于传统的体积测量方法。通过观察各种基材聚合而收集的数据将为优化树脂的物理和化學性质以及改善固化时间提供见解固化时间已经短至12毫秒（从液体到固体完全转变）。 NIST研究称

修改商业AFM探针以使用紫外激光在探针与樣品接触的位置固化聚合物（树脂），跟踪两个值：共振频率和能量耗散可以将数学模型应用于值变化以确定刚度和其他机械性质。聚匼似乎通过共振频率的增加来表示并且创建单个体素的聚合的形貌图以使值变化可视化。 NIST材料研究工程师Jason Killgore补充道“我们还在研究探针樣品相互作用的模拟，以便在液体到固体聚合过程中对材料特性进行绝对定量”

这些信息仅对3D打印行业没有价值，因为光学和涂料公司巳经联系NIST进行合作和研究材料特性 “通过一些会议谈判，我们对工业方法产生了浓厚的兴趣”Killgore说。一些3D打印公司花费大量资金进行研發以使他们的机器和树脂尽可能快速准确地固化，而SLA技术是目前最快的3D打印类型之一因此实施了技术和方法上的改进NIST SCRPR研究技术将推动3D咑印速度进入迄今为止最快时代。

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