受美军钟爱的微型3D打印，为微观领域应用带来无限可能
时间：2022-01-24 11:45 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
导读：美国国防领域多年来一直在研究和投资增材制造技术，而工业界那些正在开发的新兴技术和程序很可能会为他们带来新的突破契机。
日前，美国军方当前对微型3D打印很感兴趣，这是一项能使零件和部件小型化的新技术，并认为它未来很有发展前途。陆军作战能力发展司令部先进材料和制造部门的弹药高级科学技术经理James
ZuninoIII也表示，增材制造在许多方面可以帮助国防部。他在最近由FedInsider主办的网络研讨会上说，这些包括增强现有系统的能力，体积优化以减少部队必须携带的设备的尺寸和重量，以及允许使用以前无法使用的新技术解决方案。
投影微立体光刻工艺
总部位于马萨诸塞州梅纳德的波士顿微型制造公司（BMF）的首席执行官约翰-卡沃拉（Kawola）也持有类似的意见，他认为微型3D打印是一个蓬勃发展的市场。他在由《设计世界》主办的网络研讨会上说："当然，微型化是一个不断增长的领域。越来越多的医疗设备公司、电子公司、光学和光子学公司希望把东西做得越来越小。市场需求是存在的，而且客户的应用压力也是存在的。波士顿微制造公司正在进行微三维打印技术的开拓性工作，以满足日益增长的需求。“
BMF公司已经真正开发出了这项技术，试图以此来发展和帮助工程师，使他们能够更好地设计和达到他们的小型化目标，"。对于许多设备，如镜头或传感器，有一种趋势是使它们变得越来越小。但历史上用于制造这些部件的传统制造技术不能很好地扩展，而且还有其他限制。
为了解决这个问题，BMF公司开发了一种它称之为投影微立体光刻的工艺。根据Kawola的说法，这项技术允许用紫外线快速光聚合一层树脂，使他们能够实现其他技术无法实现的超高精度和分辨率。他还表示，对于微观规模的零件，时至今日工程师和设计师仍没有一个好的方法来做原型，而BMF的新工艺则可以帮助解决这个问题。
△投影微立体光刻技术。来源：摩方精密
微型3D打印市场
BMF公司的新技术是为满足市场上的真正需求而开发，它能够以一定的规模制造东西。该公司希望进入微型增材制造市场，针对设计师和工程师也可以使用，帮助工程师和设计师，实现他们在微型方面的设计。新型微型增材技术对于制造辅助工具、夹具、固定装置、成型和铸造工具和空腔、部件、备件和个性化部件特别有用。
当下的增材领域有一个普遍规律，即成本随着部件变小而上升。随着部件变小，它们变得更难用传统方法制造，无论是标准的几何形状还是更有创造性或挑战性的几何形状。例如，使用传统方法制造微流控芯片通常需要蚀刻或注射成型、粘合、分层和其他几个步骤。然而，据Kawola说，这对3D打印机器来说是相对容易的。
微型3D打印在制造电子机械部件方面特别有用，这些部件可以在光学和光子学市场上找到。它们是增强现实和虚拟现实培训系统的关键技术，特别是对于头戴式设备。很多很多人都见过AR/VR眼镜，它们要么被用于娱乐，要么被用于很多真正有价值的培训和模拟应用，例如，Oculus平台在商业和军事领域都变得越来越受欢迎。
然而，该技术的挑战之一是向用户提供来自摄像头、传感器和照明系统的大量内容，并将其全部放在一个小的包装中。
Kawola说："人们对AR/VR市场感到兴奋--他们不一定对你必须戴在头上的真正的大眼镜感到兴奋，因此我们有许多客户正在考虑在一系列光学和光子学市场中实现小型化。
此外，将微型增材技术用于微针阵列制造，在医疗领域也可能是有用的。微针阵列是一系列非常小的针头，用于快速向病人提供药物。Kawola说：“虽然以前有研究过这种类型的技术，但微型3D打印可以更快地推动这种技术，而且随着我们在过去18个月里所经历的事情（COVID-19大流行病）而真正出现。科学家已经发现，用传统的小瓶针头对数十亿人进行免疫，适用规模并不大。即使你准备好了所有的疫苗，也需要几个月，几个月，几个月。"
△3D打印微针疫苗贴片，让免疫反应大增10倍
微三维打印系统
2021年9月，BMF公司发布了microArch S230系统，以促进微三维打印。该系统提供了超高的分辨率、准确性和精确度。它还有更大的构建体积，比其前身快五倍，可以打印工业级材料，包括陶瓷等复合材料。
在其他地方，位于俄亥俄州扬斯敦的国家增材制造和3D打印加速器America Makes的技术总监Brandon Ribic表示，他看到对小型化技术的需求正在增加。随着近年来3D打印的起飞，特别是在国防和航空航天领域，增材制造公司一直在努力推动规模经济。
他说："有很多人都在试图找出如何转动增材制造的旋钮，使其成为对更大批量应用更经济有利的解决方案。解决这个问题的方法之一是研究小批量产品，在这种情况下，你可以在给定的运行中生产，相当数量的产品，你从一台机器上获得更多的东西。"
美国制造的项目工程师Todd
Spurgeon说，他看到了该技术在国防上几种应用趋势。例如，它可以用于更高端的电子产品、电路、小型无人驾驶飞行器和用于快速起效的药物的微针阵列。将微型3D打印用于电子和芯片组件可以帮助缓解一直困扰国家的供应链问题。由于疫情大流行期间对电子设备的需求激增，全球芯片短缺已经使无数行业陷入困境。
△3D打印的微电极阵列。来源：西湖大学精密智造实验室
虽然美国在半导体设计方面处于领先地位，从笔记本电脑到战斗机，半导体都是基础，但微电子的制造和生产已经转移到海外，现在集中在台湾和中国大陆等地。然而，工业界离使用3D打印制造芯片可能还有几年时间，因为技术还需要进一步成熟。
与此同时，3D打印领域的其他趋势也在发展，包括生物打印。总部位于芬兰的创业公司Brinter在11月发布了一款被称为BrinterCore的新型3D打印机，可以在3D中打印多材料和高度复杂的组织结构，提供生物打印所需的基本功能，据一份新闻稿称。该系统是一个模块化的便携式系统，比上一代产品体积小50%，成本低。Brinter公司活跃在10多个国家，包括美国、德国、印度和英国。
据Brinter公司称，该机器可以打印坚硬和柔软的材料，包括带有活细胞的液体和水凝胶、生物浆、金属和塑料。Brinter公司首席执行官Tomi
Kalpio说："我们可以将液体材料与固体材料以及两者之间的一切结合起来，各种水凝胶，包括细胞。希望有一天能够为病人打印出备用器官，包括肾脏等器官。
△BrinterCore打印机
Kalpio还认为BrinterCore可以应用于军事领域，但在这些初始阶段，它可能更多地被用于医疗保健研究和开发。他指出，第一步将是打印皮肤的斑块。Brinter公司的销售和市场总监Pasi
Kaskinen说，可能至少要在15年内才能打印出完整的器官。然而，很难预测技术会发展得多快，毕竟，技术的更新换代总是超乎人的想象的。
对于近期的应用，Kaskinen表示BrinterCore可以用来模拟病原体对人类的影响。他说："军事上有很多方面可以从3D生物打印中受益，而且大多数与行动没有直接关系。军事人员往往会暴露在各地的各种环境中，通过三维生物模型来模拟病原体在人体中的作用，会加快预防措施的建立。"目前，该公司已经开展了一些与军事相关的项目，但拒绝透露细节。
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