压电材料是受压力作用时会在相对表面两端界面之间产生电压的晶体材料，可适用于换能器，传感器、驱动器、声纳、手机和机器人等应用。相较于其他3D打印制备技术，投影式光固化3D打印技术，尤其是PµSL，在打印速度和分辨率方面都有明显的优势（(26,000 mm2h-1, 10 μm），挤出式(0.2–113 mm2 h-1, 10–120 μm)，气溶胶喷射（19–5,600mm2 h-1,100 μm)，多工艺协作制备( multiprocesstechniques)（11 mm2 h-1,100 μm)。本文整理了近年间期刊上压电材料的相关研究进展，供大家参考，如对这个方向感兴趣，欢迎和我们联系，一起探讨光固化打印压电材料的技术和应用。Nature Electronics：PµSL制备价态可控的多材料压电器件一句话总结：采用PµSL的技术打印3D结构，然后选择性沉积一种或多种材料（金属、陶瓷、半导体材料等）在已打印的3D结构的任意指定位置，实现了价态可控的3D压电器件的制备。论文信息：Hensleigh R., Cui  H. C.  , Xu  Z. P.,   Massman J., Yao D. S.,,Berrigan J. and X. Y. Zheng . Charge-programmed three-dimensional printing formulti-material electronic devices. Nature Electronics (2020). https://doi.org/10.1038/s41928-020-0391-2。Nature Materials: 3D 打印制备智能压电材料一句话总结：采用3D打印技术，快速打印任意结构的压电三维材料，实现电压在任意方向可放大、缩小及反向的特性。论文信息：H.C. Cui, R. Hensleigh, D. S. Yao, D.Maurya, P.Kumar, M. G. Kang, S. Priya and X. Y. Zheng. Three-dimensional printing of piezoelectricmaterials with designed anisotropy and directional response.Nature Materials 18, (2019) 234–24.  https://doi.org/10.1038/s41563-018-0268-1。Materials and Design: DLP 3D打印制备压电耳机一句话总结：采用DLP 3D打印技术制备压电声学传感器并封装在集成电路中。实验结果表明：该传感器薄膜厚度可减至35微米且具有可调节的共振频率。论文信息：Tiller B., Reid A., Zhu B. T., Guerreiro J.,Domingo-Roca R., Curt Jackson J. C. and Windmill J.F.C.. Piezoelectricmicrophone via a digital light processing3D printing process. Materials andDesign 165 (2019) 107593. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107593。Procedia CIRP: 聚合物基压电可光固化树脂制备压电材料一句话总结：采用PµSL制备高聚合物基压电材料，该材料是以PVDF（聚偏二氟乙烯）35%（体积分数）与光固化树脂混合制备而成，压电电压系数为105.12 × 10-3 V∙m/N。论文信息：Chen X. F., Ware H., Baker E., Chu W. S.,Hu J. M. and Sun C. The development of an all-polymer-based piezoelectricphotocurable resin for additive manufacturing. Procedia CIRP 65 (2017) 157 –162. https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.04.025。 ACS Nano：3D打印制备复合纳米压电材料一句话总结：采用DLP-3D打印技术制备了复合纳米压电材料（BTO-PEGDA）。实验结果表明：优化的纳米BTO颗粒掺杂制备的压电材料介电系数是无优化掺杂的压电材料的十倍以上，且应变转换效率也远超于掺杂碳纳米管制备的压电复合材料。论文信息：Kim.K, Zhu W. Qu X., Aaronson C., McCall W. R.,Chen S.C. and Sirbuly D.J. 3D optical printing of piezoelectric nanoparticle-polymer compositematerials. ACS Nano, 2014. 8(10) 9799-806. https://doi.org/10.1021/nn503268f.官网：https://www.bmftec.cn/links/10

作为最有效的水净化方法之一，太阳能净化水已获众多研究学者的关注。一方面，利用太阳能净化水非常环保，另一方面，该工艺所需的设备安装和操作要求相对较低。为了提高太阳能净化水的效率，已有学者提出了几种净化方法，如预热法、夜间加热法和附加热源法,带有黑色吸收片（BAS）的增强型太阳能蒸馏法（SSG）就是其中的一种方法。但SSG蒸发只发生在水-气界面，如何增加加热过程中界面面积成了提高SSG效率的关键。此外，BAS材料本身的性能也是SSG的速率的重要影响因素。大量研究发现，微尺寸多孔结构BAS可以提高SSG的蒸发速率：一方面，这种结构大大增加了水-气界面；另一方面，BAS自身具有高吸收率和良好的隔热性能，这既能够减少热量损失，又能够提高吸热效率。此外，双层BAS能够进一步提高SSG的速率。通常，BAS可以由化学方法或者碳化方法制得，然而这样制得的BAS的孔径的大小和孔的分布都是随机的，无法可控地得到最佳的蒸发速率。为了进一步优化SSG，古斯塔夫•埃菲尔大学的Elyes Nefzaoui团队与巴黎东大Tarik Bourouina以及西安交通大学的韦学勇教授联合提出了一种二维超材料泡沫（meta-foams），这种超泡沫具有确定的孔径和规则的孔分布，在优化研究中可作为有效可控的模型，该团队也将这种超泡沫作为表面增强型太阳能水蒸发器的研究工作中。在该研究工作中，纳米黑硅（B-Si）因其在可见光到近红外波段具有优异的吸收率和光热性能被用作超泡沫材料。采用等离子刻蚀制备了具有分层纳米结构和周期性二维多孔超泡沫，并就孔径大小、孔的数量对蒸发速率的影响进行了探索。研究发现：孔径和孔的数量是一把双刃剑，一方面，孔径和数量要尽可能的多，以保证系统能提供充足的水量；另一方面，孔径过大和数量过多会导致吸收的热量减少。此外，研究团队也设计了双层系统，以保证可靠的吸水性、稳定的吸热和隔热性能。实验表明，在一次太阳光辐射、常温、相对湿度为58%时，直径20μm的B-Si超泡沫样品最佳蒸发速率可达到1.34 kg/(h⋅m2)，转换率可以达到可观的89%（实验条件不变的情况下，理论蒸发速率可达 1.5 kg/(h⋅m2）），蒸发速率是普通蒸馏法的3.96倍。同时，该团队发现了另外一种低成本制造超泡沫的方法：借助摩方高精度3D打印设备(nanoArch S130,摩方精密)制作超泡沫样品。实验证实，在同一实验条件下，孔径为275μm的3D打印的超泡沫的蒸发速率为1.32 kg/（h⋅m2）。这个结果与B-Si超泡沫的最佳值相当，在SSG中显示出非常优越的性能。3D打印的超泡沫可以作为B-Si超泡沫的低成本代替品，具有很好的发展潜力和应用前景。图1.超泡沫的概念示意图:(a)由二维周期结构制成的优化超材料，(b)应用于优化太阳能水净化，(c)B-Si周期性微孔超泡沫的SEM图像。测量的吸收光谱:(d)不同多孔表面的原始测量数据，(e)暴露在太阳辐射下的结构表面有效吸收率。图2.二维B-Si超泡沫：(a)断面示意图，(b)用于实验样品照片，(c)三种不同超泡沫材料的蒸发速率，与常规泡沫蒸发速率和自然水蒸发速率进行了比较。图3.3D打印的超泡沫：(a)圆柱微孔的截面SEM视图，(b)三种不同的超泡沫的蒸发速率，并与自然水蒸发速率进行了比较。图4.吸收率和蒸发速率、表面平衡温度的函数关系图5.孔隙率和蒸发速率的函数关系图6.硅基二维超泡沫的制作过程此外，该团队还用海水对二维超材料超泡沫的表面强化型太阳能蒸馏进行了实验评估：将超泡沫在海水中浸泡了14天，并与同等实验条件下用去离子水浸泡的超泡沫进行对比。实验结果发现，在海水中浸泡14天后，超泡沫在SSG的蒸发性能降低约7%-9%。从图7可推测，蒸发性能降低很可能是由于结晶盐堵塞了超泡沫的孔隙，导致吸收率的降低。如果能够解决孔隙堵塞的问题，那么具有BAS超泡沫结构的SSG在海水净化方面将发挥巨大的应用潜力。图7.（a）海水蒸发速率和去离子水蒸发速率的对比（b）海水中浸泡之前超泡沫表面的显微镜图像（c）海水中浸泡之后超泡沫表面的显微镜图像该研究成果以题为：Two-dimensional metamaterials as meta-foams for optimized surface-enhanced solar steam generation发表在《Solar Energy Materials & Solar Cells》期刊上。

导语：      制造业是国家生命的命脉，精密制造是未来制造业发展的一种趋势。2018年，全球精密机加工市场规模达到2160亿美元，同比增长1.9%。精密制造业覆盖航空、医疗、汽车、消费电子、通信等各个领域。现阶段，中国精密制造业总体呈现区域发展不均衡、企业规模较小、实力较弱、产值增长较快等特点，且难以协调厂商需求的批量生产、成本可控与客户需求的产品质量稳定性、一致性之间的矛盾。高精密3D打印作为先进制造业的重要组成部分，解决了传统加工工艺过程复杂、成本高、难度大的痛点，成为现代精密制造业不可缺少的“产业新力量”精密制造业现状：需求大，难度高，投入大     精密制造业主要包括精密和超精密加工技术、制造自动化两大领域，前者追求加工上的精度和表面质量极限，后者包括了产品设计、制造和管理的自动化，两者是密切合作、相辅相成的关系，皆具有全局的、决定性的作用，是先进制造技术的支柱。精密和超精密机加工行业一直是劳动密集、资金密集和技术密集型行业，行业门槛较高，企业需达到一定规模才能产生利润。自动化精密模具包括结构工艺复杂的成型模具和高精度成型模具。结构工艺复杂的模具是在较小的模具体积上需要做出很多功能的实现；高精度模具主要是指成型的产品尺寸变化微小，一致性非常高，模具往往体积不大，但造价高昂。     根据罗兰贝格数据统计，2011-2018年，全球精密机加工市场规模复合年增长率为0.2%；到2018年，全球精密机加工市场规模达到2160亿美元，同比增长1.9%。其中，全球精密机加工外包市场规模达1480亿美元，占全球总规模的69%。资料来源：罗兰贝格 前瞻产业研究院整理     精密制造业提供的是制造业的关键零部件，是制造业的最顶端，利润最丰厚的核心部分。从规模上来看，精密制造业可以覆盖整个制造业的大约三分之一。精密制造主要用于生产复杂的零件及制成品的完整组建，具体领域包括航空、医疗、汽车、消费电子、通信等等。得益于这些下游领域的需求支撑，全球精密制造业市场保持稳定。     精密制造业技术永恒的主题就是高效率与高精度。目前，中国的制造业与世界制造业强国相比仍有较大差距，其中最突出的表现之一是精密零部件的加工能力滞后，主要因其在质量、一致性、耐用性等方面的要求非常高。虽然中国精密零部件加工厂商数量众多，但技术水平和加工能力参差不齐。即使部分的国内配套加工厂商通过购进先进的生产设备等方式可以达到精密零部件的加工质量要求，但却常常难以在批量生产、成本可控的条件下保持产品质量的稳定性和一致性。摩方批量打印齿轮     一般来说，高质量精密零部件加工制造不仅需要先进的生产设备等硬件配备，更需要根据部件的产品特点和客户需求，设计和实施科学合理的生产工艺，平衡加工质量、产品交期和成本控制等多个相互影响的制约因素，同时，还要实现设备、工具和人员等生产资源的优化组合。总体而言，这是一个需要多项投入、多方考量、环环把控的行业。     那么，面对精密制造业市场的巨大刚性需求，以及国家振兴精密制造业的发展趋势，是否可以实现既满足较高的精密产品质量与技术需求、又能实现可控的时间和成本投入？高精密3D打印——现代精密制造的“产业新力量”     在传统加工工艺无法满足高质量精密零部件快速交付需求的现状下，市场需求将目光逐步引导至近些年高速发展的增材制造工艺。增材制造是先进制造业的重要组成部分，随着全球范围内新一轮科技与产业革命的蓬勃兴起，世界各国纷纷将其作为未来产业发展的新增长点。中国《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，《中国制造2025》等均把增材制造列入重点领域。     增材制造又称3D打印技术，它完全解决了传统加工工艺过程复杂、成本高、难度大等痛点，能够准确、快速、灵活设计各种复杂结构。而高精密3D打印更是成为现代精密制造业不可缺少的“产业新力量”，虽目前仍处于发展早期，但其突破复杂三维微纳结构器件的精密快速成型与直接生产制造，在微小精密部件的开发与小批量阶段，以“成型效率高、加工成本低”的突出优势受到高质量精密零部件加工市场的倍加青睐，而这种高效率的“时间差”带来的收益已经成为一些公司的利润来源。   目前在全球范围内，PμSL面投影立体光刻技术(Projection Micro Stereolithography) 是已经成熟商业化的能够实现高精密 3D 打印的的微纳光固化3D打印技术之一。PμSL在实验室阶段可实现几百纳米精度，已经商业化的产品可达几微米的打印精度，多见于深圳摩方科技的nanoArch系列微纳3D打印设备——全球首款商业化的 PμSL面投影微立体光刻技术微尺度3D打印设备产品，涵盖多款型号机型，可以提供2μm超高精度3D打印系统。PμSL 加工速度快、打印幅面大、加工成本低以及宽松的环境要求等特点，使其在工业应用领域已实现了内窥镜、导流钉、连接器、封装测试材料等部件的批量加工和应用，为国内外多个大型公司提供高精密加工方案。     在此列举2个高精密3D打印应用较为广泛的案例：连接器与内窥镜。连接器尺寸5.65mm*2mm*2.8mm，最小pin间距0.14mm，最小壁厚0.1mm；内窥镜端部座中的圆管壁厚为70μm，管径1mm，高度4mm。精度要求皆为±10-25μm。CNC和开模注塑很难加工这种逼近极限的结构，深圳摩方公司可以在约1-2小时内就加工出来，最快一天内交付。同时，也极大的降低了制造成本。深圳摩方——助力振兴中国精密制造业     振兴精密制造业是中国经济跨越发展的重要一环。着眼未来，借助高精密3D打印设备和技术来提升零部件制造的精度，将成为精密零部件制造的一大趋势。     从工业市场出发，效率和成本是决定盈利与否的关键因素。深圳摩方的高精密3D打印设备与技术，在缩短制造周期、降低制造成本、提升产品性能等方面，很好的契合了精密制造业创新发展的技术精度需求与市场盈利需求。中国精密制造实现振兴将如虎添翼，未来可期。

一、概述哈利法大学（Khalifa University）的张铁军团队开发了一种3D打印储集岩复制品的新方法，这些3D打印储集岩复制品有着复杂的多孔结构并模拟碳酸盐岩的自然结构。3D打印储集岩复制品是透明的，这样就允许研究人员精确的成像流体如何流经岩石的超微细孔径，这些信息有助于制定有效的策略，如碳氢化合物和地热能的提取、碳封存，甚至在行星勘测期间在行星地面提取冰和水。该团队制备的3D打印储集岩复制品可以作为一种“岩石上的芯片”，用作分析各种流体如何流经孔隙，这样就可以更环保和更具成本效益的从油田中提取更多碳氢化合物。他们的技术便于定制测试、观察和分析流体，还能够使各个领域的研究人员更容易运用微流控技术并加速生物、软机器人、航空航天和其它新兴领域的创新。二、步骤透明“岩石”制造方法包括三个主要步骤：（1）使用无颗粒树脂（HDDA）的3D微模型打印；（2）微模型内腔涂覆方解石纳米颗粒（CalNPs）种晶；（3）微模型内方解石纳米/微蒙脱石晶体的原位生长。在微模型打印中，使用无颗粒树脂可以避免光聚合中光的散射，从而可以创建轮廓分明的特征细节。第二步涂覆纳米颗粒的种晶层（例如方解石纳米颗粒或其它合适的纳米颗粒）可以加速随后的矿物纳米/微晶的均匀生长。具有矿物涂层的3D打印岩石多孔结构三、如何使用3D打印机3D打印机用于构建3D多孔岩石框架，模拟天然储层岩石内的孔喉结构。逐层打印过程是基于真实岩石的micro-CT图像的层层叠加。摩方精密（BMF）的3D打印机可以创建分辨率高达2μm的特征尺寸，可与全球大多数含油储集岩孔径相媲美。利用3D打印更好地成像地下岩石中的流体运动四、未来哈利法大学研究生院李红霞博士说：“摩方精密（BMF） PμSL技术具有很高的打印分辨率,所以我推荐这项技术用于储层岩石微模型制造。”官网：https://www.bmftec.cn/links/10

来自德国法兰克福大学(Goethe University Frankfurt)布赫曼分子生命科学研究所(Buchmann Institute for Molecular Life Sciences)的研究人员使用摩方精密 (BMF)的微尺度3D打印机microArch® S140制造了一种微型培养皿——水凝胶微孔板(hydrowells)的模具，该微孔板可在微重力环境下用于培养3D多细胞球体。此项研究是太空多细胞球体聚集与生存实验(Spheroid Aggregation and Viability in Space, SHAPE)的一部分，该实验由德国航空航天中心(DLR)支持并将在近地轨道上的国际空间站(ISS)上进行。多细胞球体和培养细胞的水凝胶微孔板这种定制的水凝胶微孔板(hydrowells)由琼脂糖(一种多糖)制成，用于替代塑料或玻璃培养皿在微重力环境下培养多细胞球体。多细胞球体是三维的组织模型，特别适合再生医学和癌症等研究。微孔板的孔与孔之间互不连通，可助力简单扩散实现物质交换且可为细胞提供生物相容的环境。细胞悬浮在单独的微孔中生长，逐层堆叠形成多细胞球体。微孔板则可很好地规避多细胞球体生长到不可控尺寸的风险。布赫曼分子生命科学研究所参与的太空多细胞球体聚集与生存实验要求微孔板具有特殊的设计：漏斗形的入口、圆柱形的横截面以及U形/锥形或截去顶部锥形的底部。这些底部的特殊形状有利于多细胞球体的形成和长时间的细胞培养。微孔板是通过阳膜，即具有凸形的模具翻铸而成。微尺度3D打印可以实现超高光学精度、生成光滑表面、可使用高性能材料以及支持快速研发，因此，此研究中被用来制备凸模。漏斗形顶部的微孔板模具圆柱形截面的微孔板模具U形底部的微孔板模具微尺度3D打印设备和材料摩方精密微尺度3D打印机microArch® S140具有10μm的超高光学精度，所制造的零件顶部表面光洁度Ra可以达到0.4~0.9μm，侧面可以达到1.5~2.5μm。microArch® S140基于面投影微立体光刻技术(PμSL)，可以实现高的表面光洁度和精度，优于光学精度约为25~50μm的SLA立体光固化3D打印机。microArch®  S140 支持多种高性能3D打印材料，同时也支持工程级的405nm波段光固化树脂。用于制造微孔板模具的材料是摩方精密的HT200树脂材料，这种材料可承受温度高达200°C，同时兼具高强度和耐用性。这些优异的性能使模具可以进行高温高压蒸汽灭菌，使微孔板免受细菌污染。经过高压蒸汽灭菌后，模具并未出现翘曲或分层。这种具有优异热学性能和机械性能的3D打印材料确保了最终产品出色的整体性。microArch®S140 微尺度3D打印机摩方精密HT200树脂材料使用HT200材料制造的微孔板模具微孔板模具的特写模具的精度，表面光洁度和高压蒸汽灭菌法兰克福大学布赫曼分子生命科学研究所的终身科学家、首席研究员——Francesco Pampaloni博士测试了用来生产微孔板的3D打印模具，他评价摩方精密微尺度3D打印的模具具有高的精度和表面光洁度，使用这种模具生产的微孔板可以培养出尺寸一致的多细胞球体。Pampaloni博士还补充道，用于制造模具的3D打印材料完全可以承受121℃和2.1bar的高压蒸汽灭菌条件，确保了微孔板的无菌环境。水凝胶微孔板有多细胞球体和没有多细胞球体的微孔板点击底部“阅读原文”了解更多有关microArch® S140和PμSL(面投影微立体光刻技术)

机器人技术是一门快速发展的高新技术，在许多领域得到了日益广泛的应用，并对人类社会产生着日益重大的影响。微型机器人（Micro-Robotics）是指集成了微型作业工具、各种微小型传感器，具有通用编程能力的小型移动机构，而微机电系统和微驱动器的出现和发展为微型机器人的诞生提供基础。诞生背景       微型机器人出现是和微机电系统(MEMS)的发展是分不开的，可以说微型机器人就是可编程通用的微型机电系统工程。20世纪80年代后期，随着大规模和超大规模集成电路的迅速发展，微电子技术与机械、光学等学科的交叉融合促进了MEMS技术的迅速发展。和微机电系统一样，微型机器人的发展和微驱动器的发展也是紧密相关的。1987年美国加州大学伯克利分校取得一项轰动世界的突破性成就，首次研制出了转子直径为60~120μm的微型静电动机，随后MIT也研制出了100μm的静电动机。发展现状近年来, 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前景和军民两用的战略意义。以日本(三菱电子公司、松下东京研究所和Sumitomo电子公司等)为代表的许多国家在这方面开展了大量研究，重点发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空间医疗微系统和微型工厂。在国家自然科学基金、863高技术研究发展计划等的资助下, 清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系统进行了大量研究，并分别研制了原理样机。目前国内对微型机器人的研究主要集中在三个领域：面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器人；针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人；面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人。发展瓶颈微型机器人结构尺寸微小，器件精密，可进行微细操作，具有小惯性、快速响应、高谐振频率、高附加值等特点。然而微型机器人并不是简单意义上普通机器人的微小化，而是集成有传感、控制、执行和能量的单元，是机械、电子、材料、控制、计算机和生物医学等多学科技术的交叉融合。而且建立微型机器人需要更为微小的驱动器、执行器、传感器、处理器等，由此展开的对微型机器人微部件的加工和研制，将有利于实现更高意义上的微系统集成。然而，传统的加工工艺远远满足不了这些微小部件加工需求，因此研究人员将目光逐步转移到近些年来非常火热的增材制造工艺。增材制造又称3D打印技术，它摒弃了传统加工工艺过程复杂、成本高、难度大等特点，能够快速、灵活设计各种复杂结构。而高精密微纳3D打印技术又成为微型机器人不可或缺的手段。3D打印技术在微型机器人的应用2019年4月，多伦多大学微型机器人实验室在《Science Robotics》刊登了一篇关于3D打印微型机器人的文章。研究人员将磁性元素钕的颗粒嵌入到柔性材料中，并通过3D打印技术设计二十多种不同形状的磁性机器人结构。研究人员使用一对强力的磁铁来翻转机器人特定部位钕的极性，使它们在磁场中发生排斥和吸引作用，并通过紫外线照射将这些磁性粒子锁定在相应的位置。通过特定的编程程序，控制微型机器人不同部位的极性，使其达到爬行、蠕动、翻滚、收缩等运动效果。现阶段，微型机器人大多还处于实验室或原型开发阶段，因此，现在所见到的微型机器人较为简单，但同时也能执行一些基本的操作指令，离实用化还有相当长的距离。未来随着技术的发展，会出现各种复杂三维的微型机器人，并且能够在各种复杂环境中作业。这同时亟需一种更为精密微细的加工工艺。下图是深圳摩方材料科技有限公司利用陶瓷3D打印机加工的微型齿轮，最小细节0.092mm。( BMF microArch S240陶瓷3D打印机加工的微型齿轮，最小细节可达0.092mm )一般而言，微型机器人整体尺寸不超过100mm，细节尺寸可以达到微米甚至纳米级别，这就对加工精度和自由度提出极高要求。传统的CNC加工工艺成本昂贵，灵活度低，一般适合大零部件的加工。而MEMS加工工艺过程复杂，垂直方向加工受限，适合二维加工。而3D打印技术，作为当前发展非常迅速的制造工艺，具有低成本、高效率、一体化加工成型的特点。虽然一直以来材料是3D打印技术难点之一，研究人员逐步开发一些功能性材料，比如掺杂磁性粉末颗粒增强磁性。并且也可以通过后期表面处理来弥补材料方面的不足，比如表面金属化、溅射镀膜、翻模等工艺。目前，能够实现高精度3D打印的工艺屈指可数，其中面投影微立体光刻（PμSL）工艺是其中之一。该工艺以深圳摩方材料科技有限公司为代表，已经研发出多款型号机型，并且实现商业化生产，为国内外多个大型公司提供高精密加工方案。下图是该公司10um精度设备nanoArch S140通过在高强度韧性树脂中掺杂磁性粉末颗粒（质量比20%）加工的磁性抓手以及磁性弹簧阵列结构。( 磁性抓手，最小壁厚可达0.070mm )( 磁性弹簧阵列，最小线径可达0.099mm )—— END ——官网：https://www.bmftec.cn/links/10

2022年6月30日，第五届中国内镜大会在杭州圆满落幕，本次大会有超过500人共同参与及70家优秀产业链配套企业现场进行产品展示，参与企业主要有医院、院校、科研机构、投资机构、器械厂商及供应链企业等。摩方精密作为微纳3D打印行业的代表企业受邀参加。摩方精密展位现场 面对技术迭代、市场变革，国内医疗内镜的加速发展，摩方精密在大会中与各医疗器械领域的同仁们探讨新兴科技应用于该行业创新机会，同时为大家带来了以《微纳3D打印赋能精密医疗器械的创新发展》为主题的现场报告。 摩方精密现场报告随着产业发展政策环境持续优化，以及公众对医疗器械诊断精准化的需求日趋强烈，未来的医疗器械行业市场规模将会保持稳定增长态势，与此同时，医疗器械行业对精密加工和制造技术也提出了更加苛刻的要求。摩方精密microArch系列3D打印设备采用面投影微立体光刻（PμSL: Projection Micro Stereolithography）技术，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。摩方精密专注于制造微小精密器件的同时，能达到高于医疗器材等行业所需的产量水平，为医疗器械行业的创新发展带来的新的契机。

《中国制造2025》的提出，预示着我国医疗器械行业的转型升级正在加快，研发趋势也正在向国际靠拢。目前国产医疗器械产品仍集中在中低端品种，高端介植入器械整体处于由模仿创新到部分替代进口的关键竞争时期。国内医疗器械行业正在逐渐加大产品创新的维度，由于高端介植入医疗器械非常精密，相应的制造加工技术要求也越来越高，传统加工方式很难满足介植入医疗器械快速创新的要求，寻找创新型精密加工方式成为了行业创新的迫切需求。行业背景医疗器械是指直接或者间接用于人体的仪器、设备、器具、体外诊断试剂及校准物、材料以及其他类似或者相关的物品，包括所需要的计算机软件。在医疗器械众多的细分领域中，基于对市场规模及增速、竞争格局、政策支持力度等多维度的分析，介植入器械是最具潜力的细分方向之一，政策支持也是推动介植入器械高速发展的重要因素。近年来在创新医疗器械领域，我国出台了多项强有力的政策，推动本土医疗器械的创新能力和产业化水平，而介植入器械明确出现在诸如“十三五”规划纲要、国家科技创新规划等文件鼓励和支持范围内。随着我国居民经济生活水平的提高，医疗保健的意识逐渐加强，因此对医疗器械产品的需求也在不断攀升。尽管我国医疗器械行业市场容量扩张速度快，但由于相关基础科学和制造工艺的落后，国产医疗器械产品仍集中在中低端产品，高端医疗器械主要依赖进口。《中国制造2025》的提出，预示着我国医疗器械行业的转型升级正在加快，研发趋势也正在向国际靠拢。未来随着国家政策的扶持、不断扩大的市场需求、中国人口老龄化加速以及医疗器械行业的技术发展和产业升级，医疗器械将有望继续保持高速增长的良好态势，并实现从中低端市场向高端市场进口替代的愿景。近年来，我国医疗器械行业持续飞速发展，其中高值医用耗材市场增长速度更是排名行业前列，年均增速超20%，取得了令人瞩目的成绩，而介植入市场作为高值医用耗材最大的细分市场一直以来都备受业内关注。介植入器械目前整体处于由模仿创新到进口替代、甚至国际领跑的竞争格局重塑关键时期。国内医疗器械企业也在逐渐加大产品创新创造的力度，由于介植入医疗器械非常精密，对相应的制造加工技术要求也越来越高，传统加工方式很难跟上介植入医疗器械快速创新的脚步，寻找创新型精密加工方式成为了他们迫切的需求。市场概况根据艾媒咨询发布的医疗器械市场，全球方面，2017年全球医疗器械市场规模突破4000亿美元， 2018年全球医疗器械市场规模为4278亿美元，预计到2024年规模将接近6000亿美元，2017-2024 年间复合增长率为 5.6%。中国成为继美国、西欧、日本之后的第四大医疗器械市场。中国医疗器械整体市场规模已由2014年的2556亿元增长至2018年的5304亿元，年均增速保持在20%左右，营业收入及净利润均保持高速增长态势，属于医疗器械行业发展黄金期，预计到2022年中国医疗器械市场规模将超过9000亿元。现阶段我国医疗器械市场的基本构成为高端产品占比25%，中低端产品占比75%;而国际医疗器械市场中的医疗器械产品基本构成为高端产品所占份额一般为55%，中低端产品占45%。并且在占我国医疗器械25%的高端产品市场中，70%由外资占领，这70%的外资企业在医学影像设备和体外诊断等技术壁垒较高的领域，市场占有率超过80%，而我国医疗器械企业主要生产中低端品种。在介植入式等高端医疗器械市场中，由于其产品的技术含量和附加值较高，不易研发制造，技术水平的限制和发达国家的资源垄断等因素，仅占30%左右的比例，因此行业中的高端产品目前仍然主要依赖进口，高端产品市场大部分被美敦力，史赛克，雅培，GE医疗和波士顿科学等国外企业占据。基于对市场规模及增速、竞争格局、政策支持力度等多维度的分析，介植入器械是医疗器械最具潜力的细分方向之一。市场规模及增速方面，根据Evaluate MedTech发布的报告，到2024年，全球6000亿美元规模的医疗器械市场中，与介植入器械密切相关的心血管、神经、骨科、口腔、眼科类设备，都将处于大市场、高成长的阶段。创新投入不够，技术研发能力差、商业模式不清晰，成为了未来国内介植入式医疗器械行业企业发展的阻碍。受益于市场需求和政策导向，未来10年中国的植入介入医疗器械企业将会加大和重视布局技术创新，从而释放介植入式医疗器械的创新维度。高精密3D打印在介植入式医疗器械行业的应用近年来，人口老龄化加剧，不合理的用眼习惯增加，我国眼科疾病高发，呈现年龄早、进展快、程度深的趋势。虽然眼科患者数量增长迅速，但受限于技术和经济发展水平，我国眼科产品市场渗透率还比较低。眼科属于高精尖学科，行业门槛高，尤其是高值医用耗材领域，对材料和技术的精细化程度要求高，因此目前全球市场主要集中在几家大型的国际医械企业手中，竞争程度较低。下图是深圳摩方同国内顶尖眼科医院合作的一个植入式导流钉，这个产品大小2.647*1.347mm，深圳摩方S140打印设备可以一次可以成型将近2000个产品，模型中有非常精细微小和复杂的结构，其内部含有一根弹簧和球阀。青光眼主要是由于眼压过高从而压迫视神经导致的。目前国内这种导流钉是通过机加工钛合金成型，价格3500元一枚，由于受机加工成型自由度限制，传统导流钉结构比较简单。带有微弹簧的引流钉，可以稳定的释放眼压，改善青光眼患者植入体验和病患。摩方以突破性精密制造能力，为青光眼治疗提供了革命性微创治疗方案。2016年全球有近1.8亿人死于心血管病，占全因死亡人数的31%。据《中国心血管病报告》，我国心血管病患病率及死亡率处上升阶段，患病人数约为2.9亿；心血管疾病前期治疗主要依靠药物，中后期则需要进行手术介入，如血管支架、心脏瓣膜、起搏器等器械。血管支架是心血管介植入器械中应用最广泛的一类产品，主要用于治疗血管闭塞或者狭窄。目前主流的支架是载药型金属支架，但由于金属不可降解性会导致血管炎症的发生，所以新一代载药型聚合物可降解支架将成为未来研究的主流方向。下图是我们深圳摩方S140设备用生物相容性材料加工的聚合物血管支架，高12mm，直径2mm，杆径0.15mm,打印的支架具有很好的回缩性。随着世界老龄化趋势加深和环境问题日趋严峻，消化道、呼吸道等疾病的发病率不断提高，内窥镜检查的需求也越来越多。医用内窥镜技术凭借诊疗精准性高，创伤小，不易感染，术后恢复快和近乎无疤痕等特点受到医学界的广泛关注，也是全球医疗器械产业中增长最快的产品之一。随着微型化和定制化趋势的到来，产品结构越来越小和薄，内窥镜企业都在致力于寻找相匹配的精密加工方法。对于壁厚小于0.15mm的精密内窥镜端部座，CNC和开模注塑等传统加工方式成型都比较困难，尤其对于一些深宽比大的薄壁件。下图中的内窥镜端部座中的圆管壁厚是70微米，管径1mm，高度为4mm，精度要求±10~25微米，CNC和开模注塑，很难加工出这样逼近极限的结构，深圳摩方公司的P140设备约两个小时就可以加工出高质量合格的产品，最快一天内可以交付。目前，中国医美服务消费群体相对年龄更小，为形成医美消费习惯、创造更长的消费周期创造了条件。德勤报告显示，2017年中国医美市场规模1760亿。而据ISAPS预测，至2020年，中国医美市场有望达到3150亿元。随着国人对医美行业越来越推崇，未来医美行业将成未来热门产业。下图是深圳摩方的S130设备加工的阵列结构的美容微针，该微针底部直0.198mm，高度0.572mm，针尖的最尖端宽度仅0.006mm，加工的微针表面光滑，针尖细节更加明晰。该微针打印材料属于丙烯酸聚合物类微针，通常使用该聚合物打印出针尖形态阳模，通过二次倒模形成实际需要的医用聚合物针尖结构，比如形成溶解型微针。通过摩方精密3D打印设备可以很好的解决传统方式加工微针的局限，对于推动医美行业发展有着非常重大和积极影响。客户访谈 “摩方是目前在亚毫米尺寸评估过的最好的技术企业”----引自世界500强国外医疗器械巨头评价 “打印效果令人非常惊讶和影响深刻，可以实现传统方式无法加工的微米级别复杂细节，精度媲美模具注塑和机加工”----引自国内医疗器械巨头评价深圳摩方提供的高精密3D打印技术非常契合介植入式医疗器械行业微型化和精密化发展需求，目前深圳摩方已和国内外大型医疗器械公司进行了深入合作，通过深圳摩方的精密3D打印技术可以大大缩短研发周期和降低研发成本以及产品小批量定制生产。—— END ——官网：https://www.bmftec.cn/links/10

导读：增材制造被认为是“一项将要改变世界的技术”。光固化3D打印是其中的一个重要方向，以数字化模型为基础通过光与材料（多为树脂、陶瓷浆料、纳米金属颗粒浆料等）的反应实现结构的成型，并借由局部光聚合反应，可实现相对较高的光学分辨率及打印精度。目前，从光固化3D打印技术的发展来看，主要是从两个维度进行聚焦: 一个是宏观的维度，也就是实现大幅面、大尺寸、高速度的3D打印；另一个是微观的维度，即实现微米、纳米尺寸的精细3D打印。在微纳机电系统、生物医疗、新材料(超材料、复合材料、光子晶体、功能梯度材料等)、新能源(太阳能电池、微型燃料电池等)、微纳传感器、微纳光学器件、微电子、生物医疗、印刷电子等领域，复杂三维微纳结构有着巨大的产业需求【1】。微纳尺度光固化3D打印在复杂三维微纳结构、高深宽比微纳结构和复合(多材料)材料微纳结构制造方面具有很高的潜能和突出优势，而且还具有设备简单、成本低、效率高、可使用材料种类广、无需掩模或模具、直接成形等优点，因此，微纳米光固化3D打印技术在近几年正在受到越来越多的科研机构、企业以及终端用户的青睐。在全球范围内已经成熟商业化的微纳米光固化3D打印技术主要有：双光子子聚合TPP(Two-photon polymerization based direct laser writing)技术和PμSL面投影微立体光刻技术(Projection Micro Stereolithography) 。TPP是一种利用超快脉冲激光将光敏材料(树脂、凝胶等)在焦点区域固化成型的工艺。PμSL则是使用紫外光，通过动态掩模上的图形整面曝光固化树脂成型的工艺。这两种技术是目前常用的微纳米尺度3D打印的技术，其中TPP打印的精度可实现100 nm以下，目前德国和立陶宛等国家有商业化的设备产品。PμSL目前在实验室阶段可实现几百纳米精度，已经商业化的产品可达几个微米的打印精度，多见于深圳摩方材料公司的nanoArch系列微纳3D打印设备，为全球首款商业化的PμSL微尺度3D打印设备产品。本文将从几个方面对上述两种技术进行系统介绍。技术原理光固化（photocuring）是指单体、低聚体或聚合体基质在光诱导下的固化过程。光固化3D打印，是指通过控制光斑的图案或者振镜扫描路径，曝光区域的液态树脂聚合成固态物质，未曝光的区域树脂不参与聚合反应，通过精密控制Z轴移动，从而层层堆积快速成型样件。光固化3D打印，目前有单光子吸收聚合和双光子吸收聚合两种树脂聚合方法。单光子吸收 (SPA) 是指激发态电子吸收一个能级差的能量从低能级跃迁到高能级的过程，光吸收效率与入射光强是线性相关的。PμSL是利用单光子吸收聚合反应而成的打印技术，入射光进入液态树脂后，在吸收剂的作用下，光强逐渐减小，因此有效聚合反应只发生于树脂表面很薄的一层, 如图1所示。双光子吸收 (TPA) 则是受激电子同时吸收两个光子能量实现跃迁的过程，这是一种非线性效应，即随着光能量密度的增加，该效应会快速加强。因此入射光可穿过液态树脂，在其空间中的一个极小区域发生体像素固化成型。如图1所示，双光子吸收主要发生在某一点处，通常是光束焦点位置。这也是因为此处光强足够高，促使聚合物发生双光子吸收效应而发生聚合反应。 图1. 单光子吸收和双光子吸收【2】。其中，基于单光子吸收的3D打印设备可采用点光源或面光源（如PμSL），而TPP使用的是点光源。从图1中也可以看出，双光子吸收具有高局域性，这一点是单光无法实现的。借助这种高局域性质，目前小于一百纳米尺度的3D打印也成为了现实。将激光聚焦，使得激光焦点处光强超过双光子吸收阈值，控制反应区域在焦点附近极小的区域，改变激光焦点在样品中的相对位置，便可打印3D 微纳米结构，且具有极高的打印精度。而单光子吸收，具有曝光面积大，在达到较高打印精度的同时，且具有极高的打印速度。制备工艺和设备双光子聚合TPP微纳米3D打印过程以图2为例: 飞秒激光通过超高倍率的聚焦系统聚焦在光敏材料上，由光敏材料的双光子吸收发生聚合作用。其中，光敏材料一般是涂覆在载玻片或硅片上，载玻片是置于压电陶瓷平台上。通过移动精密压电陶瓷平台或振镜扫描，控制激光焦点位置的移动，即可实现微纳3D结构的成型，成型后使用有机溶剂冲洗(浸泡)样品，去除残余的未聚合材料，最终获得3D结构样品。其打印过程一般无需将打印件从树脂槽底部剥离，也无需安装刮刀进行光敏树脂液面的涂覆。图2 典型的TPP打印系统示意图【3】PμSL的操作过程（如图3）是将LED发射的紫外波段光反射在一个数字微镜装置（DMD）上，再让紫外线按照设定图形对液态树脂进行一个薄层的曝光。表层树脂固化后，下降打印平台，更多的液态树脂会流到已固化层之上，新的一层液态材料继续被紫外线照射曝光。完成的打印物品只用清理掉残留液态树脂就可被用作为装置、样品或者模具。通常的TPP打印采用的是红外飞秒脉冲激光作为光源，飞秒脉冲激光器的价格昂贵且随着使用时间积累存在衰减问题。PμSL则可选用工业级UV-LED 作为光源，光源寿命长（10000小时）、成本低（通常低于十万）、更换成本相对较低。设备使用环境要求方面，TPP打印的设备大多建议使用黄光无尘室，PμSL 3D打印系统只需要正常洁净的空间放置即可，无黄光无尘室的要求。图3 典型PμSL打印系统的设备示意图3D打印性能就打印分辨率来讲，PμSL技术通过DMD芯片的选择和投影物镜微缩，可实现的打印分辨率在几百纳米至几十微米的尺度范围。而TPP双光子聚合由于其聚合反应的高度局域，且突破了光学衍射极限，最高可以实现一百纳米左右的超高打印分辨率。就打印速度来讲，由于PμSL技术利用整面投影曝光，而TPP技术采用逐点扫描加工，因此打印速度上也存在较大差异。以整体大小2 mm (L) × 2 mm (W) × 70 μm (H)，最小特征尺寸5μm的仿生槐叶萍模型举例，PμSL打印设备可在15分钟内打印完成，相对来说，TPP打印设备则需要16小时【4】。就打印幅面来讲，TPP技术因为激光焦点位置的精密移动通常由精密压电陶瓷平台或扫描振镜提供，移动范围有限，辅以扫描振镜技术或机械拼接，典型打印幅面约3mm×3 mm左右。PμSL技术由DMD芯片幅面和投影物镜倍率决定单投影曝光幅面，还可以通过机械拼接实现更大幅面，如图4为深圳摩方材料科技有限公司的设备制备的高精度大幅面跨尺度打印的样品，其样品整体尺寸为：88×44×11 mm3，杆径：160 μm。摩方材料公司的设备最大打印幅面可达100mm×100mm。图4 高精度跨尺度打印就打印材料来讲，双光子吸收的特殊性也使得TPP打印对材料的选择较为苛刻，如要求树脂必须对工作波长的激光是透明的以保证激光能量可以在树脂内聚焦，且具有较高的双光子吸收转化率，因此所用的材料种类相对受限（如SCR树脂、IP系列树脂、SU8树脂、PETA等）。而PμSL打印材料多为光敏树脂，可打印透明树脂材料和不透明的复合树脂材料，种类比较广泛且商业化（如硬性树脂、韧性树脂、耐高温树脂、生物兼容性树脂、柔性树脂、透明树脂、水凝胶、陶瓷树脂等）。应用层面TPP技术是目前纳米尺度三维加工较为普遍的加工技术，在诸多科研领域中有着广泛应用，包括纳米光学（如光子晶体、超材料等）、生命科学（细胞培养组织、血管支架等）、仿生学、微流控设备（阀门、泵、传感器等）、 生物芯片等，如图5所示。但另一方面，受其加工幅面及速度的限制，TPP打印的工业化应用较少，目前仍急需突破。图5 TPP微纳米3D打印的案例【5】PμSL在科研领域的应用包括仿生学（槐叶萍结构【4】）、生物医疗（支架结构、微针）、微流控管道、力学、3D微纳制造、微机械、声学等，如图6。图6 PμSL微纳米3D打印的案例【4】相较于TPP，PμSL 加工速度快、打印幅面大、加工成本低以及宽松的环境要求等特点，使其工业应用领域已实现了内窥镜、导流钉、连接器、封装测试材料等的批量加工和应用。例如眼科医院用于治疗青光眼的导流钉（如图7示），导流钉中微弹簧直径可达200微米、打印材料具有优异的生物相容性，该导流钉在治疗中可有效改善眼压和流速。此外，亦有通讯公司用于芯片测试的socket插座，如图8示，能实现半径可达100微米，间隔50微米的致密结构。在医疗领域比较知名的内窥镜制造企业也已经使用PμSL制造出高纵横比、薄孔径的内窥镜底座，最小薄壁厚度70微米，高至13.8毫米。另外，除了打印树脂材料，PμSL工艺也可以打印陶瓷（图9为陶瓷打印样件）。图7  眼科医院用于治疗青光眼的导流钉(引流管、 短突、 翼领)图8 内窥镜头端和socket插座图9 陶瓷打印样件总而言之，作为微尺度代表性的两种光固化3D打印技术，TPP和PμSL技术具有各自的打印特点及相关应用领域。TPP打印精度高达一百纳米左右，加工尺寸和材料相对受限，已经在光学、超材料、生物等科研领域，有着广泛的应用。在大幅面的微尺度3D打印技术方面，PμSL面投影立体光刻具有加工时长短、成本低、效率高的优点，也已广泛应用在科学研究、工程实验、工业化等多个领域。参考文献：【1】兰红波,李涤尘, 卢秉恒. 微纳尺度3D打印. 中国科学: 技术科学. 2015, 45(9): 919-940.【2】S. H. Wu , J. Serbin, M.Gu. Two-photon polymerisation for three-dimensional micro-fabrication Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 181 (2006) 1–11【3】S. H. Park, D. Y. Yang and K. S. Lee. Two-photon stereolithography for realizing ultraprecise three-dimensional nano/microdevices. Laser & Photon. Rev.3, No. 1–2, 1–11 (2009)【4】Xiang Y. L., Huang S. L.,Huang T. Y., Dong A.,Cao D.,Li H. Y.,Xue Y. H., Lv P.Y.and Duan H. L. Superrepellency of underwater hierarchical structures on Salvinia leaf. PNAS. 2020, 117(5):2282-2287.【5】M. Malinauskas, M. Farsari, Algis Piskarskas, S. Juodkazis. Ultrafast laser nanostructuring of photopolymers: A decade of advances. Physics Reports 533 (2013) 1–31

1880年，法国物理学家居里兄弟发现，把重物发在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。利用压电材料的这些特性可以实现机械振动（声波）和交流电的相互转换。打火机的点火装置，就是利用此原理进行打火。后来压电材料广泛应用于各种传感器（如图1）中，例如换能器、传感器、驱动器、声纳、手机和机器人等方面。图1  压电陶瓷传感器压电效应的产生是晶胞中正负离子在外界条件作用下出现相对位移，使得正负电荷的中心不再重合，导致晶体发生宏观极化。压电电荷的流动方向取决并且遵循其陶瓷和晶体材料的晶格排列，因此压电陶瓷和压电聚合物复合材料的压电常数与其结构组成有着密切的相关性。美国弗吉尼亚理工大学的郑小雨（Rayne Zheng）教授及其实验室的博士团队使用3D打印的方式实现了新型压电材料的制造，并且采用这种方法制备了具有高压电特性的材料，实现电压在任意方向可被放大、缩小和反向的特征。图2 高灵敏度压电材料的合成以及3D打印制造图3  压电材料3D打印制造（弗吉尼亚理工大学） 这种压电材料的制造方法为：首先采用功能化剂（三甲氧基甲基丙烯酸丙脂）共价接到PZT（锆钛酸铅压电陶瓷）颗粒上合成表面功能化的压电纳米粒子，表面通过硅氧烷键在表面留下自由的甲基丙烯酸酯（如图2-a）；通过提高表面功能化水平，提高复合颗粒材料的压电相应水平，使之达到最大（如图2-b）;最后通过面投影3D打印方式实现纳米颗粒的粘接成型（如图2-c和图3）,最终得到需求的压电材料结构，其显微镜结构（如图2-d）。基于此项技术，压电新型材料在很多领域得到应用P1多功能柔性可穿戴智能材料通过电压激活后能够设计和制造出一系列新型智能材料。该三维材料具有任意形状，任意内部结构复杂度，并且每一个节点、单元和材料本身任意部位均具有压电感应功能，无需任何附加传感器即可实现电压输出。根据该材料的特性，开发出了柔性压电材料（如图4），为将来可穿戴柔性器件开发做好基础准备。图4  打印的柔性材料薄片（弗吉尼亚理工大学）P2自感应吸能材料及护甲由于这种智能材料各个部位均具有压电感应，其打印支撑的三维结构将无需任何附加传感器，并探测出任意位置的压力或者震动。现有传感技术和结构损伤检测当中，需要在各个位置上布满大量的压电传感器，并且对于复杂结构，需要通过复杂算法优化计算，最终来确定传感器阵列的布置。然而，这种自感应三维材料，则可以通过任意位置的压电结构材料，首次解决了这项难题，并且通过智能桥梁结构得到验证（图5）。图5 智能桥梁检测实验P3矢量传感领域通过人工晶格设计制成的压电超材料，可以很灵巧的实现矢量探测传感功能，通过利用改型材料不同结构有不同压力静电相应的特性，设计如图(6-b)所示的结构，并对不同方向进行压力测试，可以实现三个方向的不同压电系数的压电材料制备。图6  力方向感知测试国内西安交通大学陈小明教授也在应用3D打印技术研究压电材料，其将压电聚合物或陶瓷与光敏树脂混合制备成复合材料，然后将复合材料利用深圳摩方（BMF）的3D打印设备S140进行打印成型，从而制成相应的压电器件。除此之外，利用3D打印技术可以制备具有多种微结构的器件（图7），相比于传统的微纳加工工艺具有成型快，成本低，可定制化等优点。打印的微结构复合压电器件相比于平模，极大的提高了压电输出，器件性能成倍增加。图7  3D打印的多种微结构压电器件图BMF的S140（图8）设备打印光学精度达到10um，打印层厚10~40um，打印幅面最大能够达到94mm(L)*52mm(W)*45mm(H)，而且其支持多种树脂材料打印，例如韧性树脂、耐高温树脂、生物医用树脂、柔性树脂等等，能够最大限度的满足不同客户的科研需求。图8   S140设备简图通过3D打印来实现各向异性和定向效应的高响应性压电材料，有效促进了3D传感器材料方向的发展。通过这种材料，用户可以为目标应用进行设计、放大和抑制等操作模式。这种新型结构与功能的压电材料突破了传统传感器整列部署的模式，通过3D打印制造方式为未来智能材料设计提供了一种思路。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

很多进行新材料研发及相应创新应用研究的用户，使用的打印材料配制难度大且昂贵，或需进行材料快速筛选时，可提供的打印材料量很少（通常只有几十毫升），例如生物医疗材料（如GelMA每克需几百元）、水凝胶、新型功能材料等。对于这类材料的3D打印，通常情况下打印设备配置的标准材料容器相对而言容积过大，用户能够提供的材料由于量少而无法实现打印，或者为了匹配打印设备标准材料容器，增加材料配制量而带来巨大的成本和材料浪费。承装液态光敏材料的树脂槽是PμSL 3D打印系统中的关键组件。通常地，对于面投影光固化打印，特别是自上而下投影方式，树脂槽容量与打印尺寸成正比，即打印系统可实现的最大成型尺寸越大，相应配置的树脂槽容量也越大，因此，打印时所需的材料也越多。如摩方公司的10 μm光学分辨率的3D打印系统S140，最大打印样品尺寸为94 mm × 52 mm × 45 mm，系统标配的树脂槽容量为800 ml。图1 摩方公司S140标准树脂槽规格基于稀贵材料的特殊打印需求，摩方公司自主研发出容量20 ml的微量树脂槽系统，以满足这一材料的打印及相应研究，如图2所示为20 ml树脂槽系统设计。为了匹配设备原有结构设计并简化树脂槽更换程序，微量树脂槽直接配置于设备的标准树脂槽中，安装更换便捷。同时，配备相应的打印平台和打印离型膜，以实现稀贵材料的特殊打印。这一微量树脂槽系统可实现10 mm × 10 mm × 10 mm的最大打印尺寸。图2 摩方公司S140 20ml树脂槽系统图3 摩方公司S140800 ml标准树脂槽和20ml微量树脂槽实物对比利用上述20 ml树脂槽系统，摩方公司做了系列新材料的3D打印及应用研究。如图3所示是使用该微量树脂槽打印的微弹簧阵列结构，所用材料为磁性颗粒复合树脂（单价约10元/mg），材料配比5%质量比，打印弹簧线径约100 μm。图3 磁性颗粒复合树脂打印在实现设备最大打印尺寸的标准树脂槽基础上，新增适用于稀贵新型材料打印的微量树脂槽，解决了初期材料开发量少、材料浪费、成本高、材料筛选周期长等难题，可有效促进新材料的开发及相关应用研究。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

膜过滤和分离已广泛应用于生物医学、水和环境相关的领域。在水净化和废水过滤过程中，滤膜的孔隙结构仅允许净化水通过，而固体微颗粒（如微塑料）、油滴及其他污染物被膜阻挡，由此带来的膜污染和堵塞一直是有效水过滤的主要瓶颈。为此，来自哈利法大学的李红霞博士及其所在的张铁军教授团队，提出了一种仿生抗堵塞滤膜，创造性的利用微立体光刻技术直接将鱼类的鳃耙结构打印在滤膜表面以达到抗（耐）堵塞的目的。海洋中多数鱼类是采用过滤机制来进食的：其将水和浮游生物等食物颗粒吞入口中，在水通过密集排列的鳃耙结构时，食物颗粒会被筛选留在口腔中。研究发现，当水流通过鳃耙结构排出体外时会形成漩涡，即使体积非常小的食物颗粒也会因此从鳃耙顶部弹出并返回口腔（如图1所示）。类似的，若将食物颗粒想象成为污水中的污染物颗粒，利用相同的弹回机制，就会大大减少污染物与滤膜表面接触的机会，从而有效减少膜污染和堵塞。为了将鳃耙结构集成到滤膜表面，该团队发明了一种直接在滤膜表面打印复杂三维结构的技术。在该工作中，他们利用面投影微立体光刻3D打印系统（nanoArch S130，摩方精密），制造了一种“鱼鳃”滤膜并进一步集成在微流控器件（图2）中来快速测试抗堵塞过滤效果。直接膜上3D打印技术最大的优点在于这种一体化的器件在打印结构-膜界面处具有自密封属性，无需额外组装。此外，不仅滤膜，其他多孔材料如金属微网等也可以很容易地嵌入到 3D打印的器件中。图1. 拟海洋鱼类捕食过滤机制的仿生抗堵塞滤膜图 2 直接膜上3D打印技术制作的“鳃耙”滤膜微流控器件为测试“鳃耙”滤膜的抗堵塞性能，我们选择了两个最具挑战性的废水处理问题：表面活性剂稳定的乳液和塑料微颗粒。它们的形态和颗粒/液滴尺寸分布如图 3 所示。为了比较，我们还选取了没有任何表面结构的普通商用滤膜作为参考。如预期，当过滤塑料微粒时，普通滤膜的渗透通量在 10 分钟运行内急剧下降至其初始通量的 40%，而“鳃耙”滤膜可以保持高达80%的初始通量。此外，随着主流速度的增加，高渗透通量的持久性也明显被延长。研究结果还发现：“鳃耙“滤膜的非凡防污/防堵性能源于过滤过程中污垢液滴/颗粒的独特流动行为。在研究中，滤膜微流控器件同时凭借其流动可视化揭示了抗堵塞的流体动力学机制。图 4 显示了油滴和塑料微粒在光学显微镜下通过鳃形结构上方时的流动轨迹。研究发现当液滴接近一个鳃结构单元时，它被渗透流夹带到间隙（ t = 0.02 到 0.08 s，蓝色圆圈标记）。然而，由于涡流（红色圆圈标记，t = 0.10 s），液滴从间隙弹回并返回主流（t = 0.10 到 0.12 s）。这样，即使液滴尺寸远小于两个鳃耙间缝隙，它也不会接触到滤膜表面造成滤膜污染或堵塞。目前，该团队独创的滤膜基底3D打印技术已申请国际专利。四川大学的袁绍军教授、麻省理工学院Nicholas X. Fang教授对此工作改进完善也有贡献。图3 在过滤油水混合物和塑料微颗粒时“鳃耙“滤膜的抗堵塞性能图4 通过流动可视化揭示的“鳃耙“滤膜抗堵塞的流体动力机制

行业背景一直以来，我们常用的临床医疗给药方式有口服药剂、注射针剂、外用涂抹等。不同的给药方式会各有优劣。口服药剂服用方便，需要首先通过肠胃吸收，这样药效会有所降低，并且对肝脏等器官产生较强的副作用；注射针剂存在使用不便、产生疼痛、制备成本高、过程复杂等特点。外用涂抹膏药因为皮肤的隔离，药物的吸收效率低，并且给日常生活行动带来不便。临床上一般不同的药物有效成分会根据自身的理化性质、药理学等因素而采用不同的给药医疗方式。随着科技的发展，研究人员逐步开发了一种新型的医疗给药方式——微针透皮给药，它既能实现有效给药，又操作简单并且让患者获得良好体验。上世纪90年代，世界上第一个微针是用硅材料制备而成的。由于硅材料具有脆性，且不适合作为模具来大批量复制，因此近年来微针的制备材料研究的重点逐步转移到金属、陶瓷以及聚合物材料。目前微针透皮给药已经在药物治疗、美容祛斑、整形植发等消费市场领域获得应用推广，并且市场上已经出现一批规模化量产的公司，中国的微针市场给药系统产品主要是国外品牌，医疗方面的以欧美国家居多，美容方面以日韩品牌为主。国际上有3M、Zosano Pharma、Corium、Becton-Dickinson（BD）等；国内有中科微针（北京）、揽微医疗、纳通生物、和心诺泰等。加工方法由于表皮厚度高达1500μm，因此针长度达1500μm足以将药物释放到表皮中。长度较大且直径较粗的针可深入真皮层，容易损伤神经并引起疼痛。微针长度大多数150-1500μm，直径50~250μm，尖端宽度为1~25μm。微针常见的形状是圆锥形、圆柱形、三棱锥、四棱锥等。微针根据种类不同（固体型，包被型，中空型、溶解型等）以及材料的需求，制作的工艺也不一样，硅材料常见加工方法有硅蚀刻；金属材料常见的加工方法激光切割；陶瓷材料加工方法陶瓷烧结光刻。而聚合物材料常用的加工方法是微立体光刻3D打印技术。近些年来3D打印技术获得快速发展，相对于传统加工工艺，3D打印技术能够灵活、自由的设计各种复杂三维的结构。目前市场上普通3D打印技术（SLA、FDM等）加工的精度低，表面粗糙，远远满足不了微针加工技术要求。而双光子激光直写（TPP）3D打印技术，虽然加工的精度高，但是加工幅面小、速度极慢，对于大幅面、规模化生产显然不太适宜。面投影微立体光刻（PμsL）3D打印工艺能够加工并兼顾快速、高精度、大幅面的特点，可以满足上述微针尺寸要求，并且加工出来的微针表面光滑程度高，为微创、无痛的微针治疗效果提供技术支持，也为快速、高效产业化生产提供可行性方案。目前，已经和国内多所科研高校、相关企业进行合作。面投影微立体光刻（PμsL）工艺助力微针的制备面投影微立体光刻（PμsL）基于数字DMD（Digital Micromirror Device）芯片作为动态掩模，通过精密的光路投影系统，在树脂液面进行整面曝光打印。因此，与普通的微立体光固化工艺相比，除了成型精度高以外，打印的速度得到大大提升。由于微针需要具有良好的力学性能和生物相容性才能满足其应用的安全性要求，所以微针的选材、结构设计及其相应的制备技术直接关系到微针的效能。一般而言，微针的表面越光滑，微针才能更好的发挥安全、无痛以及定量释放的优势。下图是深圳摩方材料科技有限公司基于面投影微立体光刻（PμsL）工艺的3D打印系统nanoArch®S130设备加工的阵列微针结构，该微针底部直径0.198mm，高度0.572mm，针尖的最尖端宽度仅0.006mm！加工的微针表面光滑，针尖细节更加明晰。该微针打印材料属于丙烯酸聚合物类固体型微针，通常研究人员使用该聚合物打印出针尖形态阳模，通过二次倒模形成实际需要的医用聚合物材料针尖结构，比如形成溶解型微针。最近，国外研究机构美国罗格斯大学Howon Lee和意大利比萨大学Giuseppe Barillaro合作团队从寄生虫的微钩，蜜蜂的尾刺针，豪猪的针毛研究发现一种具有高组织粘附力的微观倒刺结构。这些复杂的微观结构对于传统加工工艺而言是一种巨大的挑战。研究人员通过4D打印技术制造具有后向曲面倒钩以增强组织附着力的仿生微针。通过系列实验测试发现该种倒刺结构的仿生微针的组织附着力是普通微针的18倍！在组织中具有持续、定量释放药物的行为。文章链接地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201909197结论尽管目前微针在药物治疗、美容祛斑、整形植发等获得广泛应用，并且衍生一批产业化公司。但是微针治疗市场竞争较为混乱、竞争格局并不明晰、技术水平良莠不齐。我们经常会在一些公共场所见到微针治疗的相关广告。未来随着微加工技术的发展和相关的药理学研究的进展，微针治疗会获得广泛的认可，市场规模扩大、市场竞争更加规范。而高精密3D打印作为一种具有复杂三维、灵活自由、快速设计的微细加工技术，目前已经被众多前沿的科研机构以及知名规模化企业所采用，进一步深化课题研究程度，提高了企业的创新性及生产效益。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

5G通讯和新能源汽车等高端市场领域的快速发展，对于作为信号传输和互联关键元器件的连接器，提出了比以往更大的技术挑战，要满足大容量数据传输和高速高密度连接，微型化、精密化和集成化的连接器创新势在必行，对微型精密加工的需求也越来越迫切。行业背景连接器是系统或整机电路单元之间电气连接或信号传输必不可少的关键元器件，也是许多设备中不可缺少的基础电子元件和电子电路中沟通的桥梁，通过对电信号快速、稳定、低损耗、高保真的传输以保证设备完整功能的正常发挥，目前已广泛应用于军工、通讯、汽车、消费电子、工业等领域。随着世界制造业向中国大陆的转移，全球连接器的生产重心也同步向中国大陆转移，中国已经成为世界上最大的连接器生产基地。中国连接器制造整体水平得到迅速提高，连接器市场规模逐年扩大，中国成为全球连接器市场最有发展潜力、增长最快的地区。由于我国连接器行业起步较晚，连接器市场集中度较低，行业技术水平与先进国家技术水平相比仍有一定差距。目前，连接器高端技术和高端产品基本由泰科，安费诺和莫仕等行业国际巨头垄断，少数国内企业虽然也生产高端连接器产品，但相对于国际巨头而言规模仍较小，国内大多数中小规模的连接器生产企业不具备自主开发设计能力。国内整体技术水平仍与国际水平有一定差距，在国际竞争中技术上处于相对劣势。随着以5G通讯技术、汽车和消费电子为代表的各个应用领域对连接器功能性要求不断提高，微型和精密以及集成化的连接器创新势在必行，对应的微型精密加工的需求也迫在眉睫。市场概况连接器作为电路系统电气连接必需的基础元件之一，是终端应用产品的一个组件，因此，终端应用的发展是推动连接器市场快速增长和技术发展的主要因素，连接器行业发展趋势与下游终端应用行业发展保持着非常明显的一致性。据统计，2018年全球连接器市场将达665亿美元，2018年中国地区连接器市场规模为209亿美元，较上年同比增长9.42%，占据了全球31.4%的市场份额，是全球最大的连接器市场。随着5G通信、新能源汽车、消费电子等领域的发展，未来全球连接器市场规模将不断增长。下游应用领域对连接器的要求不断提高，具有较强研发实力的企业更容易获得竞争优势，市场份额不断向龙头企业集中。从1980年到2016年间，全球前十大连接器厂商市场份额有38%上升至59%，2017年前十大厂商市场份额达到61%，其中泰科、安费诺、莫仕三家厂商市场份额超过30%，几乎垄断了高端连接器市场。国内巨头立讯精密，中航光电，航天电器和得润电子等都在布局高端连接器市场，为了抢占5G通讯和新能源汽车等高端市场先机，将视加大产品快速创新为一种常态和战略，从而来缩小和国外连接器巨头的技术差距。高精密3D打印在连接器行业的应用随着5G技术和新能源汽车以及消费电子行业的快速发展，对于具有大容量数据传输和高速高密度连接等功能性要求的连接器要求越来越多，相应的精密加工技术需求也越来越急迫。尤其对于一些复杂精密微型化的连接器开发，传统CNC和开模注塑等传统加工方式都存在着加工周期长和成本高等问题。从下面摩方高精密3D打印和CNC以及注塑成型对比图中可以用看出，高精密3D打印技术在加工精密连接器方面具有精度高、成本低、和周期短等明显优势。下图是深圳摩方公司3D打印设备加工的微型精密连接器，产品大小为5.65mm*2mm*2.8mm，其中最小pin间距是0.14mm，最小壁厚为0.1mm，公差要求±10~25μm。CNC和开模很难低成本快速加工成型，深圳摩方公司的nanoArch S140和nanoArch P140精密3D打印设备不到1小时就可以加工出高质量合格的产品，最快一天内实现交付。连接器巨头行业客户的一段访谈通讯技术从2G发展到现在的5G，对应的基站数量呈几何级数的上升。目前我国的4G基站数量是339.3万座，根据一些消息各大运营商在这次5G的升级中大约需要5倍的5G基站，大约是1500万座。相应的传输速率也是需要几何级数的提高，这就对基站的小型化提出了越来越高的要求。随着基站体积的不断减小，更多的塑胶和金属结构设计也越来越逼近机械加工的极限，这就给传统的快速模开发方式带来了挑战，不但需要考虑结构的可行性，同时还要考虑在加工中会遇到的不可知的困难。有了摩方精密3D打印技术，加工类问题可以放到最后一并解决，而且在确认投入是有效的前提下，公司会愿意投入更多的资金攻克加工上的难题，而不是在初始开发阶段患得患失。从客户访谈中可以看出，摩方的高精密3D打印技术，可以满足精密连接器加工的设计验证需求，且已经在早期结构设计验证阶段，起到关键作用。3D打印的精密塑料零件，60μm薄壁、230μm圆孔，达微注塑零件水准深圳摩方提供的高精密3D打印加工技术非常契合连接器行业微型化、精密化和集成化的研发需求，目前已和欧美日以及国内连接器行业巨头进行了深入广泛合作。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

     近年来，3D打印技术在生物医药方面得到广泛的应用，并且也取得了诸多成就。研究人员可以根据不同患者的需求，采用3D打印个性化的生物材料，比如助听器、假肢制造、骨科手术、人工关节、人工外耳和牙齿种植等等方面。而且随着技术的不断发展，3D打印技术也应用到医学快速检测方面，其中美国宾夕法尼亚大学（Upenn）的科学家们开发出了一种低成本的3D打印产品可以快速检测寨卡（Zika）病毒（图1）。据悉这个3D打印的检测装置只有一个苏打水罐大小，成本仅2美元，而且无需用电，也不用专业技术人员操作。患者只需提供一份唾液样本，当遗传分析检测到病毒存在时，装置中可变色的染料将变成蓝色，由于其携带方便，因此也能够在野外使用。图1 寨卡（Zika）病毒     国内某医院也将3D打印技术应用于创伤感染检测方面，传统的实时荧光定量检测方法需要集成庞大、昂贵、精密的光学设备，不适合战场创伤感染的现场快速检测。新兴的电化学方法、HNB比色法、浊度法都需要开盖操作，易造成气溶胶污染，检测灵敏度不高，结果不易判断。他们利用BMF的3D打印技术成功研发出一款密闭性便携式检测装置，能保证37℃条件下恒温进行扩增反应，并进行核酸检测。该装置（如图2所示）包括顶盖、底垫、反应管和检测容器，其中顶盖可以拆分，不漏液，底部圆锥体为尖锐硬质材质，底垫为韧性材料，可在外力作用下顶破反应管底部，使反应液和缓冲液进入检测容器中，使试纸条浸在扩增反应后液体中，通过试纸条上的颜色变化进行核酸检测。图2  装置主要组成部件     为了保证在现场检测时底垫能够在受力下轻易破裂，保证观察液体能够混合，因此需要在该装置的底部设计一层薄膜（如图3红圈所示），厚度尺寸必须保证在0.05mm左右，使用传统的注塑加工方式，这个薄膜无法直接与装置成为一体，如果采用后期增加薄膜的方式，整个制造工艺就会很复杂，而且成本会增加很多，不利于大规模的推广使用，而采用3D打印的方式可以一体成型，成本也能够控制下来。图3  薄膜位置     这层0.05mm薄膜的打印质量决定了此检测装置的使用效果，客户经过多方考察与对比，最终选择了与深圳摩方材料（BMF）合作，BMF做为微纳级超高精度3D打印的全球领导者之一，其颠覆性精密加工能力得到客户的一致认可。其技术主要采用面投影微立体光刻（Projection Micro Stereolithography, PμSL）3D打印技术，非常适用于制作微尺度的复杂三维结构，有着高分辨率、高精度、跨尺度加工、适用材料广、加工效率高、加工成本低等诸多特点。     根据客户项目的具体需求，最终选择S140设备（图4）进行打印，这款设备光学精度达到10um，打印层厚10~40um，并且可以在同一个打印样品中，根据结构要求设置不同的层厚，提高打印效率，打印模型最大尺寸为94mm（L）*52mm（W）*45mm（H），而且其支持多种树脂材料打印，例如韧性树脂、耐高温树脂、生物医用树脂、柔性树脂等等，能够最大限度的满足不同客户的需求。图4   S140设备简图     该装置是一个开创性的解决方案，并且是在医疗检测使用3D打印的一个重要示例。再次证明了3D打印技术将是医疗行业不可或缺的一部分。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

     自然进化使得生物材料具有最优化的宏观和微观结构、自适应性、自愈合能力以及优异的机械性能、润湿性、粘附性等多种特点。随着仿生学的深入开展，人们不仅从外形、功能去模仿生物，而且还从生物奇特的结构中得到不少启发进行仿生制造。自然界的动植物就给我们提供了很多功能性结构的灵感从而设计出不同应用领域的仿生材料。      仿生材料，其研究起源于对天然材料的详细考察，通常是指模仿生物的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工材料。根据仿生材料所针对的天然生物材料的不同特性，仿生材料可以包括仿生高强度材料、仿生超亲水/超疏水材料、仿生高黏附材料、仿生智能薄膜材料以及仿生机器人等。      仿生材料来源于对天然材料的模仿，又与实际应用关系密切，多功能表面的仿生微结构如超疏水表面结构就是受植物叶子启发所设计，如根据荷叶不会粘上水珠这一现象仿生制备了超疏水薄膜，通过仿生牙釉质微观结构制备坚韧仿生材料用于飞行器等。经过近些年仿生材料领域科学家的努力，荷叶表面、猪笼草、蜘蛛丝、水黾腿部等的微观结构都已经被揭示出来，并成为设计制备仿生材料的重要指导依据，其在自清洁，抗腐蚀，油/水分离，微反应器和液滴操作等均具有非常广泛的实际应用。      尽管仿生材料研究正处于一个蓬勃发展的阶段，但目前传统制造技术很难仿造出自然界中复杂的微结构，越来越多的研究人员考虑用3D打印的加工方式来弥补传统加工方式的不足。摩方超高精度3D打印设备就为这种复杂的微结构加工提供了可能，其分辨率高达2μm，具有高分辨率、超高精度、跨尺度加工、适用材料广、加工效率高、加工成本低等诸多特点，非常适用于制作微尺度的复杂三维结构。      下面就列举了一些摩方超高精度3D打印系统制备的仿生微结构案例，希望能给大家带来一些启发，为仿生领域提供一种高效的加工手段； 一、仿生麦芒结构：       麦芒上分布着许多取向性坚硬倒刺使其表现出摩擦各向异性特征，通过研究其结构特征能够揭示出其背后的科学机制；      同天然麦芒相比，3D打印麦芒上面的倒刺尺寸、排布密度和倾斜角度可自由调控，并能够很好地与被接触基底表面进行相互作用，实现摩擦各向异性的最大化； 文章链接地址：  Small（DOI: 10.1002/smll.201802931） 摩方设备打印样品：微结构尖端最小尺寸：8μm，使用设备：nanoArch S130，分辨率：2μm  二、仿生仙人掌簇状的针型微结构 :       仙人掌刺微结构有助于水滴的凝结和运输,通过3D打印可改变仙人掌刺微结构表面的疏水性能以进一步增加水滴凝结的速率 文章链接地址： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admi.201901752      此类簇状针型微结构同样可利用摩方超高精度3D打印系统制作，能够直接快速成型，分辨率2-10μm，最小细节可达5μm； 三、仿生槐叶萍固液气界面表面结构（气膜恢复机理）：       水下固液气界面在大压强、高流速以及气体扩散等因素的影响下易发生失稳甚至消失，这严重影响了水下生物的生存条件以及固液气界面的工程应用，而槐叶萍却具有极强的环境适应能力，这源于其表面特殊微结构产生气膜的作用。通过研究槐叶萍表面的微结构及其水下固液气界面力学特性，能够发现一种新的水下固液气界面稳定性机理； 文章链接地址： https://www.pnas.org/content/117/5/2282?iss=5 以下为通过摩方3D打印设备制造的槐叶萍叶片表面，基于实际槐叶萍叶片尺寸放大10倍打印，以验证这种结构仿生机制的可行性； 使用设备：nanoArchS140，分辨率：10μm；圆柱直径300μm，底部最小缝隙10um左右；  四、仿生叶片的超疏水打蛋器微结构：       传统制造技术很难仿造出此类复杂的微结构，而利用3D打印方式可以灵活实现出研究者想要的臂数以调节表面结构与水滴的粘附力；此类结构可以作为‘微型机械手’来操控微液滴，也可用于油污的吸附和高效油水分离 文章链接地址： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704912/epdf 摩方设备打印样品：最小杆径：30μm，使用设备：nanoArch S130，分辨率：2μm   五、仿生微针结构：        微针（MN）是一种长度为数百微米的微型针，由于其微创，无痛且易于使用的特性而受到了广泛的关注；仿生微针在组织中具有持续的药物释放行为，其在软组织应用中具有的强大潜力，在经皮下给药、组织伤口愈合、长期体内药物传递和生物传感方面具有丰富的应用前景； 此案例作者基于PμSL技术，制备出具有倒刺结构的高粘附性仿生微针； 文章链接地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201909197 摩方3D打印系统打印的其它微针结构： 最小尖端直径：15μm，使用设备：nanoArch S140，分辨率：10μm，层厚20μm    结尾：     以上，是超高精度3D打印在仿生领域的应用分享，除了上述介绍的具有代表性的仿生材料以外，还有许多其他仿生材料也在迅速发展，例如仿鲨鱼皮、仿蘑菇头、仿蜂巢、仿水母等；而摩方的超高精度3D打印技术，分辨率高达2μm，并能兼顾大幅面，目前还在进一步丰富打印材料库，如水凝胶材料，磁性功能材料等，将进更好地服务仿生微结构的加工和验证。

     微流控(Microfluidics)，是一种精确控制和操控微尺度流体，又称其为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片技术，是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。由于微米级的结构，流体在微流控芯片中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能。同时还有着体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点。     目前最普遍的微流控加工方式是基于SU-8光刻和PDMS翻模键合，首先采用SU-8光刻胶和常规光刻技术在硅基基底表面加工出具有微米精度、高深宽比的模具，然后将PDMS前体及其交联剂混合溶液浇注在此模具表面。经过升温固化处理、模具分离，制备出结构互补的弹性PDMS微流控结构芯片。该PDMS微流控结构芯片与玻璃基片经过一步可逆键合步骤，最终形成封装的微流控芯片。     PDMS的优点有：透光度高、荧光低；惰性好、生物兼容；易加工、成本低；防水透气、疏水；但是也有其缺点：     (1)PDMS是热弹性聚合物材料，该类材料不适合于工业级注塑、封装工艺。手工加工的PDMS微流控芯片可靠性差；     (2)PDMS微流控芯片批量加工成本高昂。随着3D打印技术的发展，采用3D打印制造微流控芯片越来越可行与方便。采用3D打印技术，可以显著简化微流控芯片的加工过程，在打印材料的选择上也非常灵活。3D打印微流控芯片有5个趋势，其一、从二维面芯片过渡到三维体芯片；其二、直接打印凝胶材质的微流控芯片；其三、针对微流控需要的3D打印工艺将会开发得到更多的重视；其四、基于打印工艺直接集成传感器及制动器到微流控芯片中；其五、基于3D打印的微流控芯片模块化组装，构成便携式POC系统。之前由于一些3D打印技术存在精度不够高，大部分在50~100μm精度，打印出来的通道不够小，打印通道的横截面粗糙，微通道透明度低等缺点，不适合用于微流体实验。制造体积更小、使用试剂量更少的微流控芯片的关键是需要一种具有非常高的打印分辨率的高精度3D打印机。深圳摩方以其专有的ProjectionMicro-Stereolithography（PμSL）工艺，是可以提供2 μm超高精度光固化3D打印技术解决方案的科技型企业，同时也开发了10μm和25μm高精度精度3D打印系统，支持打印高精度树脂、高强度树脂、耐高温树脂、柔性树脂、水凝胶、透明树脂、生物医疗树脂、韧性树脂和复合材料树脂。PμSL超高精度3D打印微通道极限加工能力测试PμSL超高精度3D打印微流控应用案例：岩心微流体阿联酋Khalifa University的T.J. Zhang教授和Hongxia Li博士，在知名期刊《Soft Matter》发表了一篇高质量文章“Imaging andCharacterizing Fluid Invasion in Micro-3D Printed PorousDevices with VariableSurface Wettability” 。研究人员在实验过程中使用微纳 3D打印设备，该设备具有2μm分辨率，50mm*50mm的加工幅面，加工微流控器件。这台设备来自深圳摩方材料公司，型号为nanoArch S130。基于微纳3D打印的微流控器件，结合多相流成像技术，研究微尺度多孔介质中的多相流动。     多孔微流控器件制造的工作流程如图（a）所示，第一步是对薄片图像或微CT扫描图像进行处理（红色部分），然后从处理后的图像中，选择一个区域并将其嵌入微模型设计中（蓝色部分），构建三维立体模型。第二步是使用切片软件将三维模型切成一系列图片，最后是通过2μm精度的微立体光固化3D打印机打印出微流控器件；（b）同一岩石模型在2μm和10μm两种不同打印精度下打印出的表面形貌；（c）打印的岩石模型（打印精度2μm）与微CT扫描图像（扫描精度8μm）的对比；     多孔介质中的流体渗透广泛存在于许多应用中，例如油气开采、二氧化碳封存，水处理等。流体渗透的动态过程会受到液体表面张力，多孔介质的表面润湿性，空隙拓扑结构以及其他参数的影响。在这项工作中，研究人员使用2μm精度的微立体光固化3D打印机打印出具有相似复杂孔喉特征的微模型。该模型的内部空隙结构来自于天然多孔介质（例如岩石）的薄片图像或微CT扫描图像。将不同的流体注入表面改性后的微模型中，我们可以借助于模型的高透明性直接在光学显微镜下观察和研究了在各种表面润湿性条件下的动态流体渗透行为。此外，我们还结合光学成像和数值模拟，系统地分析了残留液体分布，并揭示了四种不同类型的残留机制。     这项工作提供了一种新颖的方法，通过结合微尺度3D打印和多相流成像技术来研究多孔介质中的微尺度下的多相流动。     PμSL超高精度3D打印微流控应用案例：微型尖锐结构在声场激励下实现声流体芯片上非接触、损伤细胞搬运及三维旋转操作     北京航空航天大学机械工程及自动化学院的冯林教授课题组学生宋斌博士在国际期刊《Biomicrofluidics》发表了一篇高质量文章“On-chiprotational manipulation of microbeads and oocytes using acoustic microstreaminggenerated by oscillating asymmetrical microstructures”。研究人员在实验过程中使用了深圳摩方材料科技有限公司微尺度3D打印设备S140，该设备具有10um精度的分辨率，94*52*45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了尖锐侧边和尖锐底面微结构，通过PDMS二次倒模并与玻璃基底键合形成声流体芯片。该声流体芯片通过声波激励压电换能器振动，从而带动芯片内微结构振动在其周围产生局部微声流，最终实现卵细胞的三维旋转。该研究在细胞三维观测、细胞分析及细胞微手术方面有重大研究意义。     声流体芯片制备工艺如上图所示，先通过深圳摩方（BMF）10μm精度的微立体光固化3D打印机S140打印出微米级别的尖锐侧边和尖锐底面微结构(最小尖端20°)，再倒模出纯PDMS模具，然后经表面处理之后二次倒模获得的PDMS尖锐侧边和尖锐底面微结构。最后把PDMS二次倒模的结构与玻璃基底键合形成声流体芯片。     本研究声流体芯片的实验操作系统如上图a所示，主要观测系统和驱动系统两部分组成。上图b展示了声流体芯片的概念图，由受正弦信号激励的压电换能器振动，带动尖锐侧边和尖锐底面微结构振动，从而在相应的微结构周围产生微漩涡（如上图c所示）。在由微漩涡产生的扭矩作用下，最终实现了细胞的三维旋转。对应的微流道及微结构尺寸如上图d-f所示。     细胞三维旋转作为一项基本的细胞微手术技术，在单细胞分析等领域有着重大科学意义和工程意义。本文提出了一种基于声波驱动微结构振动诱产生微声流以实现细胞搬运及三维旋转的简单有效的方法。细胞旋转的方向和转速均可以通过施加不同频率和电压来实现。本研究以单细胞为操作对象，以微流控芯片为手段，以高通量全自动化多功能微操作为目标，为促进我国在微操作技术领域的发展以及生物医学工程交叉学科的革新，进一步为加强我国微纳制造水平提供系统性方法。      深圳摩方PμSL技术在超高精度、高效率加工方面有突出的优势，同时这一3D打印技术已被工业界和学术界广泛应用于复杂三维微流控芯片和微通道器件加工，在多个知名刊物发表成果。

随着柔性电子领域的快速发展和物联网技术的普及，能够用来监测人类生理指标（如心跳、脉搏、运动周期、血压等）和机械运行状态（如主轴跳动、机器人运动状态感知等）信号的可穿戴电子器件逐渐应用到社会生活中。可穿戴电子器件的共形设计和制造使其在电子皮肤、柔性传感和人工智能中具有潜在的应用前景。当前，大多数电子器件是利用光刻、压印技术和电子束在硅表面进行制备。然而由于缺乏弯曲表面的加工工艺，要制备与复杂曲线表面（例如人体关节）共形的电子器件尤为困难。面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL）可快速制造并成型任意形状和可设计的结构，为三维共形柔性电子器件的制造提供了灵活性和简便性。然而，考虑到柔性材料的成型工艺与功能特性，传统的制造工艺限制了功能材料的设计范围，降低了微结构的设计与成型尺度，制约了功能器件的成型和性能提升的范围。图1 论文工作的摘要图近日，西安交通大学机械工程学院陈小明、李宝童、邵金友教授等研究人员，从功能压电纳米复合材料的改性与压电器件的微结构拓扑优化等两方面出发，利用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，10μm精度，深圳摩方），通过设计并调节压电氮化硼纳米管材料（BNNTs）和光敏聚合物树脂的界面相容性，结合拓扑优化微结构方法，实现了具有高灵敏度、宽响应，且结构可覆形的柔性压电传感器制造。该研究以“3D printed piezoelectric BNNTs nanocomposites with tunable interface and microarchitectures for self-powered conformal sensors”为题发表在国际高水平期刊《Nano Energy》上，为高性能可穿戴柔性压电传感器件的设计与制造提供了新思路。工作要点一：功能纳米复合材料（BNNTs）的表面改性与材料制备，超低负载量（0.2wt%）的纳米复合材料表现出出色的压电性能：图2 功能纳米复合材料（BNNTs）的设计、改性与表征：a）BNNTs表面功能化工艺；（b）原始BNNTs/功能化BNNTs和树脂基体界面力学行为示意图；（c）极化与未极化BNNTs等压电输出信号为了提高压电纳米填料在有机聚合物溶液中的相容性和分散性，以及纳米复合材料的压电性能，通过用硝酸处理来实现纳米管表面的氧化和羟基形成，在超声处理下，官能化分子（TMSPM）与BNNT-OH表面的官能团嫁接，生成化学官能化的纳米管（F-BNNTs）。同时，纳米管上的丙烯酸酯基团显着提高了BNNTs在聚合物基体溶液中的分散性及压电输出；实验表明：相对于原始BNNTs，基于F-BNNTs的复合压电聚合物的压电输出提高了140% （见图2）。工作要点二：结构拓扑优化显著提高了复合材料的压电性能，微结构的纳米复合膜在较宽的响应区域上展现出高灵敏度；  课题组研究人员的前期研究工作表明，微结构化能显著提升压电器件的输出信号（Small 13 (23), 1604245；Nano Energy 60, 701等）。因此为了实现器件电信号输出的最大化，本文采用结构拓扑优化的方法优化压电膜的微观结构，并利用高精度面投影微立体光刻3D打印的微尺度加工能力，实现拓扑微结构的制造。数值模拟结果表明，微结构的引入能显著提高压电输出，并且具有优化微结构（struct B-P 和struct C-P）的压电薄膜能进一步提高信号输出（见图3）。图3 平面和微图案化压电薄膜的设计和仿真结果通过微结构3D打印拓扑结构及压电信号测试，表明F-BNNTs /树脂复合膜的最大输出电压记录为4.7 V，与原始的平面F-BNNTs压电膜相比，输出提高了4.3倍，比未官能化的BNNTs基复合膜高出10倍。这种显著增强主要归因于聚合物和压电填料之间有效应力传递，以及复合膜的拓扑微结构设计。图4 （a-f）不同微结构压电薄膜；（g）薄膜压电输出；（h）压电微结构薄膜的压电输出实验与仿真对比工作要点三：基于PμSL技术实现共形压电器件制造与应用；与传统的微加工方法相比，面投影微立体光刻3D打印技术在设计和制造具有复杂几何形状的共形电子器件上具有更大的灵活性，如图5所示，曲面形状和微结构的制造证实了功能材料在复杂表面上的非平面制造能力。图4 （a）面曝光3D打印原理；（b）微结构化的共形薄膜示意图可打印压电材料被用于构造机器人手的智能触觉应变传感器。为了确保压电器件在弯曲或不平坦表面上的功能性，根据机械手的表面设计了合适的3D模型，然后将共形器件打印并安装到机械手不同的指骨上，通过建立应变感应电压与特定手部姿势的映射关系，手指上的应变传感器阵列可为机械手提供触觉感测的能力。图5（a–d）机械手上的共形应变传感器可转换不同的姿势，例如松弛（a），抓取（b），吊勾（c）和托平（d）；（e）从托举球到抓紧球的姿势以及相应的电压响应（f）。如图5所示，手指上的应变传感器阵列可以使用14个压电应变传感器直接转换手的姿势，当用手握住不同结构的物体时，应变传感器会记录弯曲手指的不同输出信号。从预定义的传感器中获得的针对这种姿势的力的大小及其空间分布。3D打印的共形柔性压电传感器件可用于捕获接触区域上的力分布并监视机械手的不同运动，使其更能像人手一样具备相关功能，在人机交互中应用。本研究提出了一种面投影微立体光刻3D打印功能化纳米复合材料实现功能器件制造的方法，并通过材料改性与微结构设计两方面协同提升信号输出。研究结果表明：在光固化聚合物树脂中掺杂低负载量（0.2 wt％）的功能化氮化硼纳米管，并进行微结构拓扑优化，可实现高性能压电器件的制造。该方法制备的传感器在智能机器人、仿生电子皮肤、曲面结构件健康检测与人机接口等领域有广泛的应用前景。 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520308776官网：https://www.bmftec.cn/links/10

液滴的自发定向输运在芯片实验室、能源电力系统、油气输运、水收集和除湿等领域具有广泛的应用前景，其主要取决于表面形貌结构和化学组成的非对称性，具体表现为浸润性梯度、各向异性结构和曲率梯度等。液滴输运的速度和距离是判定输运效率的有效指标。合理的设计并制备表面结构是实现快速、长程的液滴自发定向输运的有效方法。然而，传统的加工技术加工精度较低、加工结构单一，很难满足结构性能要求。近日，大连理工大学冯诗乐副教授，受松针表面多级非对称结构启发，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技术（nanoArch® S140），制备了仿松针多级非对称结构表面，实现了快速、长程的液滴自发定向输运。该研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”为题发表在国际顶级期刊《ScienceAdvances》上，为液滴的定向输运领域的发展提供了新的思路。论文第一作者为大连理工大学冯诗乐副教授，通讯作者为香港城市大学王钻开教授和巴黎高等物理化工学院David Quéré教授。图1 松针和仿松针多级非对称结构表面的形貌结构特征图2 仿松针多级非对称结构表面的形貌结构参数调控要点：研究者借鉴松针表面结构特征，设计并制备包括第一级的倾斜阵列结构、第二级的高度梯度结构和第三级的平面/曲面组合的半锥形结构的仿松针多级非对称结构表面。上述表面（图1）由nanoArch S140微尺度3D打印设备加工，使用材料为HTL耐高温树脂，打印层厚为10微米。阵列间距为300微米，尖锥倾斜角度β为70°，高度梯度α为20°，尖锥顶端大小为10-20微米。在打印过程中，通过精密刮刀刮除细小的气泡，来保障加工质量。同时，研究者还设计了仅包含倾斜阵列结构和半锥形结构的对照样品，与仅包含倾斜阵列结构和高度梯度结构的对照样品。通过nanoArch S140微尺度3D打印技术，实现了包括倾斜、高度梯度及平/曲面组合的复杂三维结构表面参数的精确调控及大规模制备（图2）。图3 仿松针多级非对称结构表面微液滴自发定向输运图4 仿松针多级非对称结构尖端效应要点：在凝结过程中，液滴先随机在表面凝结，然后向尖端汇聚，然后尖端液滴会在合并过程中重新配置，并从半锥形结构的平面旋转到曲面位置，随后合并的液滴会沿着高度增加的方向运动，进而实现从微观到宏观的多尺度液滴的定向输运，其液滴定向输运的速度可以达到10 cm/s。研究者发现液滴在合并过程中重新配置是非对称结构诱导的尖端效应导致的，并通过建立能量变化模型证明，当液滴尺寸大于结构尺寸时，液滴坐落于平面的系统能量大于坐落于曲面上的系统能量，从而揭示了液滴从平面向曲面运动的机理。研究者发现毫米级的液滴在合并过程中依然会从平面运动到弧面上，证明非对称结构诱导的尖端效应普遍适用于各种尺度的液滴。论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb4540/官网：https://www.bmftec.cn/links/10

增生性瘢痕(HS)是一种病理性瘢痕，表现为异常僵硬、肿胀、抗拉强度降低和色素沉着，可引发瘢痕患者机体功能障碍、情绪焦虑、抑郁等症状。因此，增生性瘢痕的防治一直是创伤后面临的一个重要挑战。聚合物微针(MNs)已成为一种的非常有效的透皮物质交换介质，其可以最小的侵入性帮助在疾病治疗如肿瘤、糖尿病、细菌生物被膜、真菌感染和疤痕中提供各种药物的透皮传递。但换个角度看，微针可穿透表皮层角质层，在组织中形成微孔阵列，往往会改变疤痕组织的生物力学环境和超微结构，这给增生性瘢痕的临床管理寻找一新的方便、耐受性好和可用性强的治疗策略提供了应用可能性。近日，陆军军医大学第一附属医院烧伤科罗高兴教授/谭江琳教授团队的张庆博士联合加拿大曼尼托巴大学Malcolm Xing院士在ACS Nano在线发表了最新研究成果：Down-Regulating Scar Formation by Microneedles Directly via a Mechanical Communication Pathway。该研究提出了微针介导的物理干预调节局部机械应力以改善瘢痕病理特征的增生性瘢痕机械治疗新策略，以阵列密度和三维尺度为变量因素探究聚合物微针微结构对瘢痕治疗效果影响的规律性来提升治疗效率，借助高精度3D打印平台（nanoArch S140，摩方精密）制造不同阵列密度和针体深度的微针阵列三维模型，以丝素蛋白为基础材料通过两步倒模法制造出对应规格的微针贴片。研究团队仅通过调整微针的纵深尺寸和阵列密度，即实现了增生性瘢痕外观和组织力学性能的显著改善。其核心的作用机制：微针的物理干预减少了成纤维细胞产生的收缩和机械应力，减弱整合素- fak通路中机械力信号的传导，下调TGF-β1、α-SMA、I型胶原和纤维连接蛋白的表达，进而产生一个低压力的微环境，有助于显著减少疤痕的形成。这种物理作用与微针的长度和阵列密度密切相关，表现为：微针尺寸太短（≤500μm）无法实现有效的组织穿透，随着针长增加，穿透力提高，但刺入深度太深（≥150μm）存在出血、炎症反应等不良反应，有加剧瘢痕增生的风险。在阵列密度效应方面，研究结果显示，结合有限元分析模型进一步预测，随着阵列密度的增加，有利于机械微环境重构，微针的治疗效果显著增加，但过高的阵列密度(≥20×20) 导致的空间压缩，胶原基质受到明显挤压，反而不利于机械微环境重构。因此，研究团队提出，基于不同瘢痕中的组织厚度分布范围，优先选择组织厚度中位值作为微针尺寸设计的参考值；而微针阵列密度为15×15/cm2时更为合适。这一研究结果与当前其他报道的微针介导的增生性瘢痕治疗策略(主要是透皮给药)显著不同。图 1. 高精密3D打印微针阳模与PDMS翻模流程图2. 微针通过干扰机械力传导下调瘢痕形成的尺寸效应图3. 微针通过干扰机械力传导下调瘢痕形成的阵列密度效应此外，研究团队还指出，与临床上常用的商用张力减压带通过减少线性切口周围的张力来防止疤痕形成相比，微针诱导的物理干预倾向于减少瘢痕组织中细胞与细胞、细胞与细胞外基质之间的机械通信（mechanical communication），从而重构一个有利于瘢痕逆转的低应力微环境。因此，微针贴片除适用于线性手术瘢痕外，对宽片状瘢痕的适应性也优于商用张力减压带。由此可以看出，作为一种微创无痛的选择，这种微针介导的机械治疗策略有很大的潜力为患者提供一种具有成本效益和方便的增生性瘢痕管理。原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11016

     面投影微立体光刻（Projection Micro Stereolithography, PμSL）是一种面投影光固化3D打印技术，适用于制作微尺度的复杂三维结构，有着高分辨率、高精度、跨尺度加工、适用材料广、加工效率高、加工成本低等诸多特点。本文将从成型原理、最小加工特征尺寸、最大成型幅面、适配打印材料、与其他3D打印技术的对比、产业化技术创新等方面，对这一技术进行详细介绍。图1 基于PμSL3D打印技术制作的复杂三维结构示例      一、成型原理     图2所示为PμSL 3D打印技术的成型过程，首先使用建模软件构建出三维结构模型；接着使用切片软件对三维模型以一定大小的层厚进行切片处理，得到一系列具有特定图案的二维图片；然后采用PμSL 3D打印系统对切片后的每一层图案进行整面投影曝光；反复重复上一步骤并层层堆叠最终成型出所需的三维结构。图2 PμSL3D打印技术成型过程      PμSL3D打印技术成型三维结构的关键在于光敏树脂材料在紫外光的作用下发生光聚合反应从而固化，而特定图形的产生则依赖于打印系统中的DMD（Digital Micromirror device）芯片所生成的数字动态掩模。如图3所示，切片后的模型数据导入到打印系统后，这些二维图像数据发送至DMD，DMD根据图像数据控制芯片上各个微镜（即DMD上的每一像素点）的偏转。因此，光源发出的紫外光在到达DMD后将重新整形生成与图形数据一致的光。最后，经调制后的光通过最终物镜投影至液态树脂材料表面，对特定区域进行选择性曝光从而生成特定结构。此外，打印系统还可通过打印平台的移动，拼接打印出大幅面的图形结构。图3 典型的PμSL3D打印系统     二、最小加工特征尺寸    通过控制投影物镜的微缩倍率，PμSL 3D打印技术可以实现几微米甚至几百纳米的特征尺寸。深圳摩方材料科技有限公司（以下简称“摩方”）基于在这一技术领域的多年沉淀，自主研发出了一系列PμSL3D打印系统，已经量产的产品最高光学分辨率可达2 μm（这里提到的光学分辨率是指投影光单个像素点的大小）。借助这一高分辨系统，2 μm线宽二维网格线条和8.5 μm杆径三维点阵得以实现（图4）。图4 摩方3D打印系统打印的2 μm线宽二维线条和8.5 μm杆径三维点阵     三、最大成型幅面    PμSL技术采用整面曝光，其中曝光图形由DMD控制产生。因此，一般情况下，PμSL 3D打印系统的最大成型幅面取决于光学分辨率大小以及DMD像素点数量，DMD成像芯片尺寸固定，通过投影镜头只能实现固定的投影幅面。最大成型幅面与系统光学分辨率呈矛盾关系，即当提高系统光学分辨率时，其最大成型幅面相应减小。拼接技术很好地解决了这一矛盾，使得高分辨、大幅面、跨尺度打印得以实现。以摩方PμSL3D打印系统为例，固定投影打印与拼接打印的幅面如表1所示。表1 固定投影打印与最大打印幅面对比      四、适配打印材料     PμSL3D打印技术的加工成型基于材料的光聚合，因此其打印材料为光敏树脂材料。针对不同应用需求，硬性树脂、韧性树脂、耐高温树脂、生物兼容性树脂、柔性树脂、透明树脂、水凝胶等诸多树脂材料已商业化。除上述纯树脂材料以外，功能颗粒掺入树脂中形成的复合树脂材料同样可用于打印，如磁性颗粒复合树脂、陶瓷颗粒复合树脂、金属颗粒复合树脂等。            五、与其他3D打印技术的对比    表2是PμSL技术与其他3D打印技术规格的对比，主要基于已商业化产品的规格对比。熔融沉积成型和聚合物喷射光固化是目前较广泛的两种3D打印技术，可实现大尺寸结构的加工成型，但其精度相对较低。激光逐点扫描光固化和双光子激光直写技术则可实现非常高的分辨率，然而逐点扫描加工的特性极大地限制了其成型速度。此外，双光子激光直写技术的成型尺寸通常在毫米级。相较而言，PμSL3D打印技术很好地平衡了高精度、高速度、大幅面的特点。表2 PμSL技术与其他3D打印技术的对比      六、产业化技术创新     相较于实验室技术，工业市场对这一技术提出了更多更高要求，包括更广泛的功能性打印材料、更大的打印幅面、更稳定的公差控制等方面。深圳摩方材料科技有限公司在这一技术的产业化上进行了诸多工业级技术创新，例如增加气泡消除系统、激光测距、加热打印等创新功能，用以进一步提高打印质量、精密控制加工公差、拓宽打印材料的范围，以满足精密工业设计和制造的需求。本文对PμSL这一高精度、高速度、大幅面的三维复杂结构成型加工技术进行了简要介绍，这一技术适用于复杂精密结构一次成型、快速原型器件验证、小批量功能部件加工等，可用于多个应用领域。后续本公众号将持续推出关于这一技术的应用案例，敬请期待。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

对于生物医学领域的多个应用场景（心血管手术、支气管手术等），小型软连续体机器人都展现了其巨大的应用潜力（图1a）。然而，现有的连续体机器人却在驱动选择方面经历相应的瓶颈期，其难以同时拥有小尺寸、柔顺驱动、大转角以及高精度操作等特性，因而在一定程度上限制了其在体内某些狭长受限环境下的广泛应用。而传统的加工制造方法不能很好的实现驱动方式综合性能的改善。近日，香港城市大学生物医学工程系申亚京教授带领的研究团队开发了一款毫米级的软连续体机器人（图1），其在线控和磁场的混合驱动模式下同时拥有大转角和高精度操作能力。为了实现毫米级外形尺寸的混合驱动，该团队基于摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印机nanoArch P140打印出超薄的镂空型机器人骨架（长度30mm，外径3.0mm，壁厚300μm），并在薄壁上形成150μm的贯穿孔用于腱索的布置。此外，该团队通过在机器人骨架外表面涂覆铁磁弹性体薄层（100~150μm）来获得磁响应性能。所提出的混合驱动软连续体机器人能实现约100°的大角度导向以及高精度（静定位精度低至2μm，动态跟踪精度低至10μm）的微操作。该成果以“Millimeter-scale Soft ContinuumRobot for Large Angle and High Precision Manipulation by Hybrid Actuation”为题发表在Advanced Intelligent Systems上。在该工作中，所研发的毫米级软连续体机器人整体示意如图1所示。图一b左上角展现了机器人在目标区域—狭长受限环境内的导向能力。其中，线控功能由两对拮抗型腱索的拉紧/放松策略来实现，而磁驱性能则来自于弹性表皮中定向排列的铁磁颗粒在外加磁场中受力/力矩导致的偏转。在微尺度3D打印技术的加持下，该连续体机器人拥有较大的中空腔体，这一特性为后续多种微创手术器械的携带创造了条件。图1. 毫米尺度软连续体机器人整体示意图。先使用摩方精密（BMF）nanoArch P140打印出超薄的镂空型机器人骨架（长度30mm，外径3.0mm，壁厚300μm），并在薄壁上形成150μm的贯穿孔用于腱索的布置；再通过在机器人骨架外表面涂覆铁磁弹性体薄层（100~150μm）来获得磁响应性能。该混合驱动机器人的大转角导向能力及高精度操作性能验证如图2所示。线驱模式下，软连续体机器人成功在具有多个三维分叉的狭长受限管道内实现了导向行进（如图2a,b）。而在外加磁场的驱动下，该机器人展现了极好的动态跟踪效果（如图2c,d）。图2. 大转角导向能力及高精度操作性能验证受益于线驱模式的大转角导向以及较好的抵抗外力的能力，该软连续体机器人能够在狭窄血管模型中实现病理区域的搜寻（如图3a）。将所携带的微创手术工具递送至前端之后（图3b），该机器人可在外磁场的驱动下实现高精度的微操作（图3c），并进一步完成例如微注射和微切除（图3d）等工作。此外，磁驱模式下，所研发的毫米级软连续体机器人通过携带鼻咽拭子展现了鼻咽采样的现实功能（如图3e,f），其为当前新冠疫情的采样检测提供了新的思路。图3. 生物医学应用场景总而言之，该工作中所提出的结合了微尺度3D打印技术而得到的毫米级软连续体机器人同时具备小尺寸、柔顺驱动、大转角、高精度等特性，其在狭长受限环境下展现了优异的运动操作性能。与此同时，此项工作也为连续体机器人的小型化设计提供了一种新的方法，并将在生物医学工程领域展现更大的应用潜力。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

   在生物医学研究中，对生物颗粒（如细胞和生物组织）的操作，特别是捕获和运输，是各种生物应用的基础。许多工具和驱动系统被设计用来提高操作的准确性和效率。磁驱动机器人具有精确操纵粒子或生物组织的能力，在生物医学、生物工程和生物物理学领域具有重要的潜力。然而，具有预定形状的刚性机器人的变形能力是有限的，这限制了其在狭小的空间的运动。   近日，北京航空航天大学机械工程学院仿生与微纳研究所冯林副教授等研发了一种可变小型机器人，该机器人是利用具有磁性和流体性质的铁磁流体这一新型材料所研制的。该磁流体基机器人不仅可以根据不同的磁场的分布形成不同的形状，从而完成不同的任务；并且还可以借助于操作平台的疏水处理，使得磁流体基机器人与基板间的摩擦减小，进而简单高效地提高了机器人的实际输出力。图1. 通过多种形状的永磁铁产生的集中磁场改变磁流体形状进而达到搬运不同模块的目的为了证明这种磁流体基机器人所具有的且刚性机器人所欠缺的实际应用能力，作者设计了几个验证实验：1.制造不同形状的永磁体并磁化，观察不同磁场下磁流体基机器人的变形情况；2. 打印不同形状的模块，测试磁流体机器人的搬运能力；3.打印狭缝，测试机器人穿越窄缝的性能。通过采用PμSL 3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密），实现了验证实验中的搬运模块、永磁模具及狭缝的精密制造。图2. 永磁体的制造流程及磁流体基机器人的变形图3. 磁流体基机器人在平面上的三自由度运动图4. 磁流体基机器人穿越狭缝动画及实物演示该项研究成果获得国家重点研发计划(No.2019YFB1309700)及北京新星科技计划项目(No. Z191100001119003)支持，以“Deformable ferrofluid-based millirobot with high motion accuracy and high output force”为题发表于国际期刊《Applied PhysicsLetters》（北京航空航天大学陈迪晓硕士为第一作者）。文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0042893官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近日，上海交大机械与动力工程学院胡松涛副教授课题组提出了刚柔微结构复合的超疏水界面设计思想，解决了冲击定位要求苛刻的难题，相关研究成果在机械装备抗液防冰等领域具有重要的应用前景。瑞士苏黎世联邦理工学院Andrew J. deMello教授课题组和英国帝国理工学院Daniele Dini教授课题组为合作单位。该成果以“Flexibility-Patterned Liquid-Repelling Surfaces”为题作为封面论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c05243。刚柔复合界面设计与制备（杆径10μm的柔性网格结构及刚性支柱）面向低温冲击液滴的超疏水界面需要递进满足两个条件：1）基于微纳几何结构和低能化学修饰的抗刺穿性以反弹冲击液滴；2）极短的固液接触时间以避免液滴在界面成核结冰。现有的相关界面设计工作遵循刚性和柔性两类策略，可有效缩短固液接触时间，但受限于苛刻的固液冲击定位要求。研究团队借鉴蹦床公园，提出了刚柔微结构相结合的超疏水界面设计，通过融合刚性和柔性设计策略，期望消除界面润湿性能对固液冲击定位的依赖。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密）高效、精准地实现了上述刚柔复合界面设计的样机制备。液滴冲击行为    研究团队利用高速相机记录液滴在冲击不同界面以及界面内不同局部区域的动力学行为，证明可以利用刚柔复合界面设计来调整液滴冲击行为。固液接触时间液滴冲击实验进一步表明，当液滴冲击柔性界面区域时，将触发结构振动来缩短固液接触时间；而当液滴冲击刚性界面区域时，将触发液滴的非对称再分布来缩短固液接触时间。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

浙江工商大学食品与生物工程学院陈建设教授课题组设计并制作了兼备人舌表面微结构与化学性质的柔性仿生人舌基底应用于口腔软摩擦研究，相关研究成果在口腔软摩擦的体外模拟测试研究中具有重要的应用前景。该成果以“Development of a simulated tongue substrate for in vitro soft “oral” tribology study”为题发表于《Food Hydrocolloids》期刊。尽管近年来在将摩擦学装置应用于口腔摩擦学方面的研究取得了很大进展，但目前广泛应用的体外口腔摩擦学测试技术常使用具有光滑表面的金属与弹性体，对真实舌面的复杂特征及其物理性能的模拟仍不完全。哺乳动物舌表面有着复杂的几何结构，其粗糙度通常在数百微米，主要由富含味蕾细胞的菌状乳突以及底部包含机械感受神经末梢的丝状乳突随机分布构成。人舌的高变形性和复杂的拓扑结构结合唾液的润湿，控制着食物/口腔黏膜和人舌之间的摩擦和润滑。 研究团队在之前研究中，利用结构光学技术对于舌面分区的粗糙度进行人群统计，基于以上研究背景，该团队进一步探究舌面乳突形貌与舌面粗糙度的关系，基于此，设计模型丝状乳突微结构并依据人群特征，制作三类模拟丝状乳突微结构与分布的人舌基底。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术(nanoArch S140，摩方精密)高效、精准地实现了上述设计微结构的模具制备。图一模拟人舌基底三维模型及利用PDMS浇铸脱膜后的基底的微结构(模具尺寸：79 mm×39 mm由三块25 mm×35 mm区域构成，其中T1，T2，T3区分别分布4900，3760，2600个模拟乳突)图二 T3类模拟人舌基底的体外软摩擦测试结果(T1,T2显示相同趋势)摩擦试验结果显示不同黏度近黏度流体可构建完整构建Stribeck曲线，除此之外，利用模拟人舌基底测试时，边界润滑层获得表观摩擦系数值相较于使用光滑基底出现显著降低(≈1)，与团队原位摩擦测试结果更为接近,证明应用具备一定人舌扑拓结构的基底于体外摩擦测试具有更好的模拟真实口腔软摩擦行为的潜力。 该工作得到国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年科学基金的支持。官网：https://www.bmftec.cn/links/7

血栓症是一种常见的血管内疾病，具有多种临床表现和并发症，例如心梗、中风及肺栓塞等，严重危害病人的生命健康及生活质量。传统治疗方案常先通过注射溶栓药物或导管介入技术去除血栓，接着使用抗凝药物预防二次堵塞。然而溶栓药物缺乏靶向性，无法主动在血栓部位富集，且高浓度的药物易引发内出血和血压波动，因此难以高效安全地完成去除血栓的任务。导管介入技术则对操作者的经验和判断能力要求较高，操作不当容易损伤血管，甚至造成二次堵塞。近年来，小尺度机器人系统在狭窄闭塞的生物环境中展现出令人瞩目的应用前景，已有研究人员开发出可破坏血栓结构的微型机器人。然而，如何在动态血流环境中实现小尺度机器人的可控靶向递送和实时状态监测仍是一个巨大挑战，这极大地限制了它们在血栓治疗中的进一步应用。近日，香港中文大学张立教授课题组王乾乾博士、杜星洲博士、金东东博士提出一种基于小尺度机器人的血栓定位及加速溶栓方案。螺旋形微机器人采用3D打印工艺制造，采用动态磁场进行自动化递送，同时采用超声成像进行实时的机器人定位及环境监测。机器人能够实时定位血栓位置，并加速血栓的溶解。这项研究有望为血栓症的监测和治疗提供新的思路，同时也为小尺度机器人在生物医学领域的应用开辟道路。相关研究结果以“Real-Time Ultrasound Doppler Tracking and Autonomous Navigation of a Miniature Helical Robot for Accelerating Thrombolysis in Dynamic Blood Flow”为题发表于国际著名期刊《ACS Nano》。该工作使用面投影微立体光刻技术(nanoArch S130, 摩方精密)打印了螺旋形微机器人，并预留磁性物质的嵌入空间。微机器人整体结构采用摩方精密提供的polyethylene glycol diacrylate(PEGDA)材料，机器人尺寸为直径2.15 mm、长度7.30 mm。实验结果显示，螺旋形机器人在血液环境及血流环境中表现出极好的结构稳定性，在溶除血栓任务结束后能保持完成的整体结构并被回收。该打印设计方案可根据需求进行尺寸缩放，以期应用于不同的狭窄生物环境中。在机器人系统搭建完成后，研究人员在测试平台中验证了医学图像引导机器人递送、溶栓方案的可行性。通过实时监测机器人的运动状态以及机器人诱导产生的多普勒超声信号，研究人员在类血管复杂动态环境中成功实现血栓堵塞部位的定位。机器人在磁场驱动下能够产生强对流加速溶栓因子的物质交换，同时对血液-血栓界面施加剪切力促进溶栓产物的去除。实验结果表明，相对于单纯使用溶栓药剂，该方案可大幅提高血管的疏通效率(约4倍)，完全溶栓率提高至350%，且不产生明显的血栓碎片，降低了二次堵塞的风险。配合不同尺寸的小尺度机器人，该方案可根据需要应用于不同直径的血管中，有望为外场驱动的小尺度机器人在生物医学领域的应用提供新的思路。图1.螺旋形机器人在动态、类血管环境中的自动化导航整体方案图2.螺旋形机器人在血流环境中的受力分析及磁控。图3.  机器人诱导的多普勒信号的仿真分析及实验验证。图4. 机器人在类血管系统中的自动化导航(逆流而上及顺流而下)及实时定位。图5. 多普勒信号引导的血栓定位及加速溶栓应用。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c07830官网：https://www.bmftec.cn/links/10

当前，超材料制造工艺主要有印刷电路板(PCB)、光刻、电子束刻蚀等，然而这些工艺在3D超材料结构制造方面普遍存在步骤繁琐、成本高、耗时长等问题，不易与曲面共形，难以满足实际应用条件。3D、曲面共形一体化超材料的制造仍然是一项重大挑战。近日，厦门大学航空航天学院孙道恒教授课题组基于面投影微立体光刻(PµSL)3D打印技术（microArch S240，摩方精密）结合液态金属填充方法制备了3D正交开口谐振环及曲面共形超材料结构，其嵌入式结构特征可有效保护金属谐振层免受外部环境影响，且具有宏-微、结构-功能一体化成型的优势。图1 3D打印嵌入式超材料制备流程图2 正交开口谐振环超材料结构及尺寸：(a) 平面型；(b) 半球形仿复眼超材料 (单元尺寸为1.25mm)工艺流程如图1所示，首先使用精度为10μm的3D打印机（microArch S240，摩方精密）制备带有超材料微结构空腔的模型，再利用液态金属真空填充方法制备超材料金属微结构。超材料结构尺寸如图2所示，开口谐振环截面尺寸为0.1mm×0.2mm，顶部开口尺寸为0.3mm，谐振环外径为1mm。图3 液态金属填充及超材料性能测试：(a-b) 平面型及仿生复眼曲面共形超材料液态金属填充前与填充后；(c-d) 超材料传输性能测试图3(a)为3D打印的3D正交开口谐振环、仿复眼曲面共形超材料及局部放大图，图3(b)为填充液态金属后的超材料结构及其局部放大。在液态金属填充满超材料结构空腔后，采用光敏树脂涂覆在液态金属填充入口处并用紫外灯照射固化以密封入口。图3(c-d)为平面型及曲面共形超材料测试结果。该研究将3D打印的灵活性与液态金属的易流动、易填充性相结合，使超材料制造不再受限于复杂结构，开辟了一类复杂超材料结构制造新方法。为超材料的结构创新、功能创新及应用创新奠定工艺基础，拓展了共形超材料的应用范围，如3D光学/电磁隐身衣、智能蒙皮、超透镜等。该成果以题为“3D Printed Embedded Metamaterials”发表于国际期刊《Small》(IF = 13.281)上，论文通讯作者为厦门大学航空航天学院孙道恒教授和陈沁楠助理教授，第一作者为厦门大学航空航天学院博士生张昆鹏。该研究得到了国家自然科学基金(51975498、U1505243、U2005214)和深圳市科技创新委员会技术攻关面上项目(JSGG20201102165202007)的支持与资助。原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202103262

浙江工商大学食品与生物工程学院陈建设教授课题组设计并制作了兼备人舌表面微结构与化学性质的柔性仿生人舌基底应用于口腔软摩擦研究，相关研究成果在口腔软摩擦的体外模拟测试研究中具有重要的应用前景。该成果以“Development of a simulated tongue substrate for in vitro soft “oral” tribology study”为题发表于《Food Hydrocolloids》期刊。尽管近年来在将摩擦学装置应用于口腔摩擦学方面的研究取得了很大进展，但目前广泛应用的体外口腔摩擦学测试技术常使用具有光滑表面的金属与弹性体，对真实舌面的复杂特征及其物理性能的模拟仍不完全。哺乳动物舌表面有着复杂的几何结构，其粗糙度通常在数百微米，主要由富含味蕾细胞的菌状乳突以及底部包含机械感受神经末梢的丝状乳突随机分布构成。人舌的高变形性和复杂的拓扑结构结合唾液的润湿，控制着食物/口腔黏膜和人舌之间的摩擦和润滑。 研究团队在之前研究中，利用结构光学技术对于舌面分区的粗糙度进行人群统计，基于以上研究背景，该团队进一步探究舌面乳突形貌与舌面粗糙度的关系，基于此，设计模型丝状乳突微结构并依据人群特征，制作三类模拟丝状乳突微结构与分布的人舌基底。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术(nanoArch S140，摩方精密)高效、精准地实现了上述设计微结构的模具制备。图一模拟人舌基底三维模型及利用PDMS浇铸脱膜后的基底的微结构(模具尺寸：79 mm×39 mm由三块25 mm×35 mm区域构成，其中T1，T2，T3区分别分布4900，3760，2600个模拟乳突)图二 T3类模拟人舌基底的体外软摩擦测试结果(T1,T2显示相同趋势)摩擦试验结果显示不同黏度近黏度流体可构建完整构建Stribeck曲线，除此之外，利用模拟人舌基底测试时，边界润滑层获得表观摩擦系数值相较于使用光滑基底出现显著降低(≈1)，与团队原位摩擦测试结果更为接近,证明应用具备一定人舌扑拓结构的基底于体外摩擦测试具有更好的模拟真实口腔软摩擦行为的潜力。 该工作得到国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年科学基金的支持。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106991官网：https://www.bmftec.cn/links/10

是初夏，是五月天，是一年中最好的时节，摩方精密迎来了五月份的员工生日会！摩方的家人共聚一堂，一同见证着彼此的成长与蜕变。此次活动所有员工共同参与，旨在增进员工的内部凝聚力，真正地融入到摩方大家庭当中，进而保持更好的工作心态，与摩方共同成长和发展。生日，是属于每个人特殊的日子，对于它的意义，不同时期有着不同的诠释。今天，我们相聚在摩方，共享欢乐时光，希望每个愿望都能成真，希望每个梦想都能开花，希望大家在摩方的每一个日子都幸福快乐，未来，我们一起继续温暖前行！相聚相伴，一路同行！

液滴的高效抓取和无损释放在医学中的药物融合或靶向转移、冷凝器表面或芯片实验室热耗散等领域有着重要的应用。目前，液滴转移往往由两个具有不同粘附性的表面去实现，即将液滴从低粘附浸润表面转移至高粘附浸润表面，且液滴的无损、自由释放较难实现。最近，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华、刘明课题组设计并制备了一种新型的多级微结构仿生功能表面，可利用同一表面实现液滴的高效抓取和无损释放。该表面由磁颗粒填充的微尺度平板阵列结构组成，微平板尺寸为5mm×0.12mm×1mm，每个微平板左右两侧分别分布有尺寸为60μm×60μm×50μm的矩形凹槽阵列结构和尺寸为0.1mm×0.05 mm×1mm的矩形条带阵列结构，如图1所示。该研究首先使用精度为10μm的3D打印机（nanoArch S140，摩方精密）制备实验模板，再结合倒模法制备出具有磁响应特性的多级微结构阵列表面。图1 微平板阵列功能表面的 (a)结构示意图及其(b)实验制备简图磁场作用下，操控微平板产生定量的弯曲大变形，使含矩形凹槽阵列的表面完全暴露，其粘附力高达252μN，接触角为151º，呈现类似玫瑰花瓣的高粘附浸润特性，可有效抓取体积较大的液滴；旋转磁场使其形变恢复，表面粘附力降低至57μN，呈现类似荷叶的低粘附浸润特性。进一步对微平板阵列结构的几何特征参数进行优化设计，结合表面在类玫瑰花瓣高粘附状态和类荷叶低粘附状态之间自由切换的特性，可将此多级仿生表面有效地作为液滴无损转移的“机械手”，液滴无损释放及其转移过程见图2-3所示。图2液滴的无损、自由释放行为图3 液滴无损转移过程该成果以“Amechanical hand-like functional surface capable of effciently grasping andnon-destructively releasing droplets”为题发表在国际顶级期刊Chemical Engineering Journal (IF = 13.273，中科院工程技术类分区一区)上。北京理工大学先进结构技术研究院和机械与车辆学院博士后刘明为文章第一作者，陈少华教授为通讯作者，彭志龙教授、姚寅副教授和博士研究生李程浩参与了该工作，此工作得到了国家自然科学基金（No.12032004, 11872114, 12102041）和中国博士后科学基金（No. 2021M690401）的支持与资助。原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1dtwc4x7R2YpjE官网：https://www.bmftec.cn/links/10