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更接近 3D 打印微型结构的能力

时间:2023-09-27   访问量:99

在纳米级打印非常非常小的 3D 物体的能力有可能使工业产品更安全、更具成本效益,并推动医疗应用的发展。然而,由于材料和技术的缺乏,纳米级3D打印仍然受到限制。

但由于许多专业技术和材料研究人员的努力,纳米级 3D 打印正在接近成为现实。

这些非常小的零件具有多种用途,包括减轻卫星和无人机中使用的零件的重量,同时保持其强度。许多人造物体,包括工业水过滤器,如果可以包含纳米尺寸的部件,它们的功能会更好并且更轻。

而且好处不仅限于制造的物品。在医学领域,3D 打印纳米生物材料能够创建支架以在体外生长人体组织——仅举其中一种用途。

 新技术

德克萨斯大学机械工程副教授迈克尔·卡利南 (Michael Cullinan) 表示,当谈到大规模制造纳米级零件时,目前还没有这项技术。

卡里南的团队正在研究纳米级大规模制造可能出现的瓶颈问题。之所以会发生备份,是因为无法快速打印大量复杂的纳米级结构。Cullinan 说,在 3D 打印中,需要在创建物体所需的精度与制造物体的速度和规模之间进行权衡。

但他补充说,小物体很容易失去精度,并且在批量生产时会占用太多时间。

为了加快生产速度,他的团队正在试验所谓的元掩模,以遮蔽物体的某些部分,使其免受固化材料的光的影响。Cullinan 说,取下掩模后剩下的就是 3D 固化物体。

这种方法通常用于较大尺寸的印刷。问题是常规掩模不适用于纳米级物体,因为光在掩模周围不能准确地衍射。该团队的目标是利用衍射使该过程适应纳米尺度。

掩模放置得比平常更靠近材料,从而创建具有薄结构的全息图(光的 3D 图像)。当材料暴露在治疗光下时,光会在全息图周围发生衍射。Cullinan 说,使用全息图曝光可光固化材料,形成坚固的 3D 结构。 

此外,由于元掩模允许在单个结构内打印不同的材料,因此用户可以以更高的速度创建单个结构,从而提高了该方法的速度。

 新材料

随着这些新的印刷技术的出现,新材料将进一步发挥这些纳米级结构的优势。

斯坦福大学的研究人员开发了一种新材料,可用于打印既坚固又轻的微小晶格。它们的材料吸收的能量是其他密度相当的 3D 打印材料的两倍。参与该项目的斯坦福大学机械工程助理教授 Wendy Gu 表示,它可以取代卫星、无人机和其他重量和能量吸收很重要的产品中更大、更重的部件。

顾在一份声明中说:“因此,不仅是 3D 结构,而且材料也能提供非常好的保护。”

这种新材料结合了金属纳米团簇——微小的原子团,通过激光引发的化学反应而硬化。顾说,纳米团簇启动了化学反应,产生了聚合物印刷介质和金属的复合材料。

纳米级生物医学 3D 打印

在医疗保健领域,用于3D打印的纳米材料可以更好地模仿人体细胞。

例如,纳米级生物材料是生物墨水的重要组成部分。根据 2021 年 6 月发表在《国际纳米医学杂志》上的纳米和微米级骨替代品技术评论,生物墨水随后用于 3D 打印支架,在支架上生长活体组织并用于移植。

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