3D打印凝膠和軟材料的新方法

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種3D打印凝膠和軟材料的新方法

。該研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有像大多數(shù)現(xiàn)代軟材料3D打印機(jī)那樣使用紫外激光（UV）或可見(jiàn)光來(lái)引發(fā)其凝膠，而是利用電子和X射線(xiàn)束來(lái)固化一系列光敏樹(shù)脂。事實(shí)證明，這些短波長(zhǎng)的激光比常規(guī)光束更聚焦，并且能夠制造具有高水平結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的凝膠，尺寸小至100納米（nm）。NIST科學(xué)家最新開(kāi)發(fā)的技術(shù)可以創(chuàng)建復(fù)雜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，例如柔性電極，生物傳感器或軟微型機(jī)器人。

NIST團(tuán)隊(duì)最終使用他們的技術(shù)生產(chǎn)了微觀(guān)的細(xì)胞界面結(jié)構(gòu)（如圖）

。圖片來(lái)自ACS Nano期刊。

光固化聚合物的不同方法

光固化聚合物開(kāi)發(fā)方面的最新創(chuàng)新大大改善了軟材料3D打印所能達(dá)到的速度和分辨率。這些新增強(qiáng)的配方使光學(xué)光刻和立體光刻（SLA）方法可用于創(chuàng)建越來(lái)越小的物體

，其中一些物體的波長(zhǎng)為100nm。

相比之下，傳統(tǒng)的軟制造方法（例如電子束光刻（EBL））無(wú)法跟上步伐

，需要緊密聚焦的電子束才能有效發(fā)揮作用。盡管EBL通常用于聚合物和凝膠膜的構(gòu)圖，但它只能在激光和材料之間進(jìn)行高水平的交互作用，從而限制了它可以生產(chǎn)的物體的復(fù)雜性。

不幸的是，面向X射線(xiàn)的方法也有缺點(diǎn)

。目前，X射線(xiàn)束發(fā)出的短波長(zhǎng)只能在真空中工作，因此每個(gè)腔室中的液體可能會(huì)蒸發(fā)而不形成凝膠。為了克服這一限制，研究小組得出了理論，即使用薄的電子透明屏障，可以防止液體蒸發(fā)，同時(shí)允許電子束穿透凝膠。

研究人員能夠調(diào)節(jié)電子束的強(qiáng)度

，以創(chuàng)建具有預(yù)定參數(shù)的物體。圖片來(lái)自ACS Nano期刊。

NIST團(tuán)隊(duì)基于凝膠的3D打印方法

沖洗掉未固化的溶液后

，研究小組使用了原子力顯微鏡（AFM）來(lái)檢查其交聯(lián)結(jié)構(gòu)

。通過(guò)比較處于水合和干燥狀態(tài)的樣品物體的高度，研究人員最終能夠始終如一地打印它們并估算基于凝膠的物體的尺寸

，而無(wú)需直接對(duì)其進(jìn)行測(cè)量

。 而且，該方法被證明能夠生產(chǎn)100-150nm寬的結(jié)構(gòu)

，從而使研究人員推測(cè)該方法可用于創(chuàng)建計(jì)算機(jī)與大腦的接口設(shè)備

。為了測(cè)試其新技術(shù)與活細(xì)胞的連接能力，研究小組進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)

，將SiN膜細(xì)胞和PEGDA聚合物暴露于電子束中

。

盡管一些細(xì)胞死亡，但大多數(shù)細(xì)胞已成功整合到電極中

。結(jié)果

，研究小組得出結(jié)論，他們的方法有潛力用于創(chuàng)建尺寸最小為50nm的未來(lái)主義微觀(guān)可植入設(shè)備

。首席研究員安德烈·科爾馬科夫（Andrei Kolmakov）總結(jié)說(shuō)：“我們正在將新工具（在液體中工作的電子束和X射線(xiàn)）引入3D打印

。”

納米級(jí)增材制造

弗勞恩霍夫微工程與微系統(tǒng)研究所（IMM）的科學(xué)家們正在開(kāi)發(fā)一種使用多光子光刻技術(shù)來(lái)創(chuàng)建納米級(jí)金屬3D打印結(jié)構(gòu)的新穎工藝

。通過(guò)該項(xiàng)目

，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是制造具有比使用直接能量沉積（DED）工藝生產(chǎn)的零件更小的特征的零件

。

加州理工學(xué)院（Caltech）的一個(gè)小組已使用兩光子光刻方法對(duì)不大于100nm的3D打印金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了處理。據(jù)報(bào)道

，該技術(shù)能夠制造比任何其他金屬制造工藝“小一個(gè)數(shù)量級(jí)”的金屬特征

。

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