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公司动态

微纳3D打印生态系统新升级!摩方推出ArchPost C100紫外固化箱

随着中国制造业深度融入全球制造业价值链,工业制造优势已逐步拓展至精密电子、5G通信、医疗器械、新能源等高端产业领域。面对这些领域对零部件微型化、智能化、高性能、高品质的加工需求,3D打印技术成为提供高效能解决方案的关键。其中,3D打印技术包括建模、切片、打印和后处理四个紧密相连的步骤,实现了从数字设计到实体物体的完整转换。特别是后处理环节,对于提升打印物体外观质量、实用性及机械性能至关重要,通过优化处理,可以通过消除残余应力和提高抗疲劳性来改善材料的机械性能,防止腐蚀和磨损,确保零件在苛刻环境中的使用寿命和可靠性。双波长高功率紫外固化箱自定义指令,满足多种固化需求摩方精密针对市场需求的不断变化和工业发展的更新迭代,除了满足原型设计所需特征尺寸和性能需求,提供专属的技术服务支持和定制化解决方案以外,摩方在升级设备制造和后处理技术等方面,也在不断突破满足客户所需。此次,摩方精密推出ArchPost® C100(UVLED)固化箱是一种基于紫外光源的高效固化设备,可以快速将光敏树脂和UV涂料等材料固化干燥,具有高效、环保、安全和操作方便等优点。另外,ArchPost® C100配有创新C型灯板、可观察且防紫外线透出的玻璃窗口,以及可拆卸的磁吸旋转工作托盘,便于操作固化、均匀固化和观察固化过程。其固化腔体可达∅240mm*H165mm,可支持摩方3D打印设备所有打印尺寸模型及打印平台放入,内部特殊设计的反光内壁结构以及优化设计的反光板保证实现均匀的照射效果,为微小化、轻量化和复杂性要求精密固化需求的高效率和质量的稳定性提供保证,满足客户在精密电子、生物医疗和高端通信等多领域的适配应用。双波长模式,兼容多元材料研发需求365nm与405nm双波长紫外光源,精准兼容多类光敏树脂,满足摩方自研材料以及多种其他材料的后处理需求。高光功率密度,极速提升固化效率48颗光源灯珠加持,单波长可达200W电功率,配合良好的散热装置,实现高光功率密度,保证精密样件固化质量的同时大幅提升固化效率。360°光均匀性,精确控制固化品质创新C型灯板、腔体全反射与旋转可拆卸磁吸托盘结合,确保腔体内均匀固化,实现高度光均匀性,全方位呈现高品质稳定均一的固化效果。智能加热系统,固化性能倍增支持即时加热,腔体温度最高可达80℃,加速固化过程,使3D打印部件固化至最佳性能。自定义多段工艺,追求固化最优解支持单段或多段固化参数设置,自定义调整固化时长、光强(0-100%)和转速(最快可至6圈/分钟),支持记忆固化参数,探索材料固化的最优解,完美适配材料开发个性化需求。自动化操作系统便捷操作,精准完成调平工作在微纳3D打印流程中,除了后处理环节能够提升效率,对于高精密微纳3D打印设备来说,打印前的设备调平操作也是实现高精度打印的重要基础。摩方精密今年全新升级的microArch® S230A、microArch® S240A,以及Dual series系列设备(microArch® D0210和microArch® D1025),均配备了先进的自动化操作系统。这一系统集成了平台自动调平、绷膜自动调平和滚刀自动调节三大核心功能,实现了工艺参数设置、液面调平、流平时间等多个步骤的全自动化操作。通过这种全自动作业模式,有效减少了人工手动调平过程中可能出现的误差,极大地简化了打印前的准备工作,使客户可以更加专注于结构设计和应用场景的开发。00:04在微纳3D打印的全流程中,摩方为客户提供全方位的支持,以便各行业用户能够熟练掌握微纳3D打印技术的应用及设备操作。为此,摩方可提供一系列全面的打印课程和解决方案培训,内容包括设备操作、打印软件使用、后处理工艺以及安全指南等,旨在助力各行各业实现智能化、多功能化、精准化的发展,并推动其开创性应用的进步。以客户的需求作为出发点和落脚点,摩方始终致力于推动微纳3D打印技术的发展与创新,通过不懈的研究和开发,旨在实现打印过程的智能化、自动化和高效率。摩方深知,只有不断优化技术,才能满足市场对精密制造日益增长的需求,因此,摩方在提升设备性能、简化操作流程、增强系统智能方面持续投入,确保为客户提供最先进、最便捷的智能一体化微纳3D打印解决方案。

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2024.10.18

【第二轮会议通知】精密生物3D打印与前沿应用研讨会即将召开

为进一步集聚医工交叉领域的创新力量,共享产业化合作与发展资源,打造具有行业意义和引领作用的会议平台。由湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心主办,长沙素灵智造科技有限公司承办,重庆摩方精密科技股份有限公司作为协办单位举办的 “精密生物3D打印与前沿应用研讨会”,将于2024年10月19日在湖南省长沙市召开。本次会议将聚焦生物材料、精密生物制造、生物医疗和生物前沿应用等学科,探讨精密生物3D打印技术在医工交叉领域的创新应用前景。会议邀请多名行业知名专家学者做学术报告分享,展现精密生物3D打印及交叉学科的最新成果,及成果转化实践经验。为我国生物医疗建设研发工作从学科建设、技术创新、产业与合作模式发展提供交流平台。诚邀全国相关领域专家、学者、科研骨干、企业代表参会交流。报告嘉宾会议日程

企业动态

2024.10.17

微纳3D打印加速复合材料技术创新步伐

“一代材料,一代装备;一代材料,一代创新”。复合材料产业,作为战略性和基础性的产业,是各大领域开展创新实践的重要前提条件之一。在科技与产业创新的新浪潮中,复合材料技术持续实现突破,新型材料和新物质结构层出不穷,全球复合材料产业呈现迅猛增长的态势。针对高端装备在复杂环境下的严苛应用和质量要求,大型化、整体化、功能一体化的复合材料构件研发需求也在日益上升。因此,采用高精度3D打印技术,研发一体化成形的高精密、高性能、高效率构件制造技术与装备,已成为行业发展的重点方向。复合材料,是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。其中的一种材料作为基体,其它的材料作为增强相,基体通常是连续的,增强相可以是颗粒、纤维、层板。可以认为增强相是镶嵌在基体里的。这种组合成的材料的性质与它的任何一种成分的材料都显著不同。复合材料中各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。据Precedence Research的统计和预测,2023年全球复合材料市场规模估计为1118.9亿美元,预计到2032年将达到约1913.6亿美元,从2023年到2032年的年复合增长率将达到6.1%。先进复合材料具有高比强度、高比模量和良好的可设计性等优点,包括高性能高分子复合材料、高温耐蚀结构材料、轻质高强新材料、结构陶瓷及其复合材料、增材制造材料等,广泛应用于航空航天、汽车制造、能源储存、轨道交通等领域的装备制造,是工业发达国家的战略必争资源。在最新科研进程中,互穿相复合材料以其优异的力学性能得到了广泛的应用。为了进一步获得增强的性能并阐明潜在的力学机制。来自中国工程物理研究院的研究团队通过将超弹性PDMS填充到基于粘塑性聚合物的3D打印Schwarz Primitive (P)细胞骨架中来设计和制造三连续IPCs,其中P细胞骨架是由摩方精密面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术(nanoArch® P150,精度:25 μm)制备而成。图1. 复合材料制备示意图该团队对IPCs的压缩性能、循环性能和弛豫性能进行了实验研究。结果显示,互穿网络结构显著提升了材料压缩性能,减少了应力松弛和循环软化。通过嵌入用户材料子程序进行模拟,分析了P细胞和IPCs的变形特性。结合实验与模拟数据,团队深化了对IPCs变形机制的认识。研究发现,PDMS填充提升tc-ipc力学性能主要通过三个途径:一是转移部分外载,二是限制骨架弯曲防屈曲,三是与P细胞骨架相互作用,在三向应力状态下增强整体性能,这些成果促进了IPCs的发展与应用。图2.(a) P细胞骨架和(b)相应的tc - ipc的光学照片因此,采用超弹性材料填充粘弹性骨架所制备的TC-IPCs,提升了承载能力,降低了粘弹性响应,并减轻了复合材料的循环软化程度。本研究提出了一种设计策略,即通过填充超弹性材料至粘弹性开放式蜂窝结构,以获得增强型复合材料,为骨架拓扑、填充与骨架材料特性融合提供了新的设计路径。加速复合材料技术及其产业发展,是塑造新质生产力的重要动力和基础,也是构建新优势的关键路径。打造材料强国,需强化基础研究,摩方精密将持续推动复合材料创新,赋能新材料研究,整合“产学研”资源,助力突破高端材料的关键瓶颈。

应用实例

2024.10.14

华工施雪涛、南科大刘吉《ACS Nano》: 3D打印强韧PVA基水凝胶构建功能性血管结构

临床上,人工血管移植物常被用于替代或修复发生病变、感染和创伤的血管。血管移植物通常需要具备与真实血管匹配的尺寸和结构、优良的机械性能以确保缝合植入,以及出色的血液相容性从而避免血栓产生。但人体中的血管系统错综复杂,包含很多尺寸微小、结构特异复杂的结构如分叉血管、互联血管网和瓣膜等结构,这些拓扑结构对于血管功能的实现至关重要,而制备能够复制天然血管复杂结构和功能的血管构建体,以满足精准医疗和个性化医疗需求仍然是一个难点。为了解决这一问题,华南理工大学施雪涛教授团队联合南方科技大学刘吉副教授团队,通过聚乙烯醇(PVA)基墨水高保真数字光处理(DLP)3D打印水凝胶血管构建体,然后通过构建纳米晶域进行机械强化,并结合后续表面改性,制备出了性能理想的水凝胶血管构建体,兼顾便利制备和存储、优异的结构复杂度和保真度、生物安全性、机械适配性以及植入后短期和长期下的通畅性。制备出了一系列高复杂度的血管结构,包括分叉血管、小尺寸血管网、功能性肺血管芯片以及含精细瓣膜的静脉血管移植物(BVVG),其中设计的BVVG在体外展示出优异的单向通过性能,并在植入比格犬体内后显示出良好的功能性和通畅性,为严重深静脉功能不全疾病的治疗提供了解决方案。相关工作近日以“3D-Printed Hydrogels with Engineered Nanocrystalline Domains as Functional Vascular Constructs”发表在《ACS Nano》上。在这项工作中,PVA由于分子链结构规则、柔韧,可通过结晶形成定制水凝胶的力学性能,此外,其羟基易于官能化修饰,结合其出色的生物安全性和抗血小板黏附性,使其成为制备具有所需性能的血管构建体的理想材料。化学改性得到PVAGMA水凝胶墨水被用于DLP打印,制备的血管结构使用梯度NaOH溶液浸泡处理以产生纳米晶域,使得结构均匀收缩并获得增强。以此方法可以制备出各种结构复杂的血管构建体,并且通过后续的表面修饰生物活性物质(含有RGD肽的明胶)赋予其体内内皮化潜力,而实现植入后避免急性血栓形成,并可原位内皮化赋予其长期通畅性。高分子量PVA类型和高浓度的墨水被证明可以更大程度的形成结晶,从而获得更强力学性能,但是也会导致高粘度,影响打印成功率和精度。为了获得最佳的力学性能和打印分辨率,研究者首先对墨水的配比进行了筛选,最终确定使用45 kDa分子量PVA,9 wt%的墨水浓度以及1.0 mg/ml的柠檬黄的墨水配比。随后,为确定最佳的结晶诱导策略,多种方法被用于处理打印得到的极小曲面结构,其中NaOH溶液处理方法可以同时获得大幅的力学性能提升并且不会导致结构形变。XRD结果证实了水凝胶中的纳米尺寸结晶域的存在。不同的碱溶液浓度可以获得不同力学性能增强效果,而15 wt%的NaOH溶液处理下的水凝胶拉伸强度达到最高的1.05 MPa。水凝胶最佳的性能超过常见的3D打印水凝胶体系,并且模量与人胸内动脉接近。纳米结晶域的存在赋予水凝胶优异的抗疲劳性能和抗缺口断裂性能,这对于水凝胶血管的体内缝合植入应用十分有利。由此制备的水凝胶血管展示出优异的缝合线保持力,爆破压和顺应性,并且可以支持小分子溶质和气体的扩散,而阻隔大分子蛋白的扩散。随后,研究者们使用最佳的制备方法制备出各种结构复杂的血管构建体,包括含有多分叉的主动脉弓、主动脉瓣膜,以及最小内径0.75mm的血管网。构建了基于极小曲面结构,含有高接触面积独立两相通道的功能性肺部芯片结构,两相通道中灌注流体和氧气可以实现流体中含氧量的提升。下肢静脉结构损伤会导致慢性静脉功能不全,血液反流严重,会进一步诱发下肢水肿、静脉曲张、炎症甚至血栓的发生,研究者开发了仿生含瓣膜静脉血管移植物(BVVG),以填补当前相应领域人工血管的空白。数值模拟结果表明BVVG中的瓣膜可以随着流体流动方向的改变有效张开和闭合。随后的一系列体外灌注实验均证明BVVG中的瓣膜具有优异的单向流体通过性,可有效阻止血液反流。并且,制备的BVVG可以模拟腿部肌肉泵血效应实现流体输送。制备的水凝胶血管结构进一步进行表面修饰,通过接枝明胶分子,可以有效提升内皮细胞黏附并且保持低血小板黏附和溶血率。兔颈动-静脉灌流实验显示水凝胶血管在体内短期内具有较低的致血栓性。细胞实验和皮下实现证明水凝胶血管具有优异的生物安全性。为验证制备的水凝胶血管的体内应用前景,选择BVVG在比格犬体内深静脉处进行植入,以验证BVVG在替代病变深静脉上的潜力。确定目标部位血管尺寸后,制备尺寸相仿的BVVG通过缝合植入到深静脉中,然后再植入后分别于血管下方和上方注射造影剂进行顺行和逆行静脉造影。造影结果显示出植入血管后造影剂可以顺向通畅流过,而逆向则被瓣膜阻止,表明BVVG在体内应用环境下保持有效的单向通过性。随后的B超和免疫荧光结果表明,BVVG在植入一个月后保持通畅并且具有内皮化趋势,具有长期通畅性潜力。小结:这项工作通过三维打印结合结晶后处理来制备性能优异的水凝胶基血管构建体,制备的血管构建体充分复制了体内血管的复杂结构和功能,特别的,含瓣膜静脉血管移植物在体外和体内展示出色的单向通过性能,有望应用于严重的深静脉疾病治疗。总之,开发的3D打印水凝胶体系在临床个性化血管移植和血管化器官构建研究中大有可为,为创造各种人工组织和器官植入提供了潜在的拓展空间。文章第一作者为华南理工大学材料科学与工程学院施雪涛教授课题组博士生叶潭,南方医科大学柴牧原、华南理工大学王振兴、南方医科大学邵婷如为本文共同第一作者。

应用实例

2024.10.11

哈尔滨工业大学《CEJ》:具有高气液分离效率的仿生Janus微流体制氢仿生功能器件

电解水在可持续能源发展和环境污染方面具有零排放和高效能源转换的优势。然而,在电解水的过程中,通常会受到由浮力引起的电极气泡脱落的强烈影响,从而降低了电解池在太空等恶劣环境中的性能。电解水过程中生成的H2气泡黏附在电极表面,导致气泡屏蔽效应,阻碍离子的传质,降低电极催化层的有效活性位点,增加欧姆过电位和电解析氢的能量成本,最终导致电催化活性和稳定性变差。因此,如何在微重力等极端环境下有效地控制电极表面气泡的生成,从而加快电解环境的离子传输并提升电解水制氢效率,成为了在极端环境下进行电解水制氢发展的关键问题。为了克服这些挑战,哈尔滨工业大学帅永教授团队提出了一种具有高效气液分离效率的仿生Janus微通道,并将其应用在微通道电解制氢领域以提高催化效率。相关成果以“Bionic Janus microfluidic hydrogen production with high gas-liquidseparation efficiency”为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。这项研究的主要贡献者包括王小龙、熊劲松、谢明铸等人。通讯作者为哈尔滨工业大学王兆龙教授和哈尔滨工业大学帅永教授。哈尔滨工业大学为该论文的第一通讯单位。首先,受到大自然中树木的通气组织和水分运输功能的启发,通过摩方精密面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术(nanoArch® S140,精度:10 μm),设计制造了一种具有主动式气液分离的仿生Janus微通道(图1)。微通道上方有大量规则排列的微孔,这些微孔的外表面经过超亲气不对称界面处理后,形成具有Janus特性的仿生功能膜,在拉普拉斯压力差的作用下实现超快速气液分离。并通过高速摄像机和微量泵探究微通道内最佳的气体通量和流体注射速率。图1. 具有主动式气液分离的仿生Janus微通道然后,作者通过不同微通道微孔超亲气处理深度,探究气液分离效率。通过图2可以观察到,不经过任何处理后,微通道内的气柱仍然沿微通道方向行进,不受微通道气体出口的影响。当微孔顶端及侧壁均经过超亲气处理后,Janus仿生微通道能够在40 ms内实现6 μL气柱的单向输运。除此之外,不同截面形状的微通道对于气泡单向输运都会产生不同影响,并针对矩形、倒三角形界面微通道进行力学理论分析。图2. 超亲气处理深度与微通道截面形状对气液分离效率的影响随后,通过对最佳微通道流体注射速率、气体通量及截面形状的探究后,研究团队将具有主动式气液分离的仿生Janus微通道应用到电解水制氢中(图3),这种独特类型的微通道可以高速捕获和单向操纵水电解反应过程中电极表面产生的氢气(H2)气泡,并具有长期稳定性。通过将微通道置于不同角度,探究其在微通道制氢中的气液分离能力,为微重力等极端环境中的应用提供实验支撑。图3. 不同角度仿生 Janus 单微通道电解制氢实验此外,研究团队对模拟树叶形状的仿生多微通道进行电解水制氢实验(图4),并探究复杂图案制氢微通道中电极表面与Janus膜间距对气体单向输运及收集的影响。经过两小时的长时间电解水制氢,多微通道制氢反应发生器表现出优异的电解稳定性。图4. 复杂图案仿生 Janus 多微通道电解制氢实验最后,作者还展示了一种独特的具有特殊仿生Janus微通道的3D仿生树用于电解水制氢(图5),它实现了三维立体结构中的气液高效率分离,并表现出优异的稳定制氢性能,且与浮力无关。图5. 3D仿生树用于电解水制氢实验本研究提出的高效电解水制氢仿生Janus微通道,在操控电极表面生成的气泡从而加快电解环境的离子传输,提升电解水制氢效率方面表现出优异性能,且具有长期稳定性。除此之外,这种通过湿润性不对称界面改性的气体操控方法,适用于微重力等极端环境,为在太空中高效、可靠地生产和利用氢气提供一种新思路。本研究得到了国家自然科学基金支持。

应用实例

2024.10.09

以微纳智造为名,筑起生命守护之盾

备受瞩目的第十八届国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China 2024),已于9月27日在上海世博展览馆成功落下帷幕。为期三天的行业盛事,汇聚了来自全球的超过1000家企业以及80000多名专业观众,共同研讨医疗器械领域的设计与制造趋势。凭借原创技术实力、先进3D打印设备、和多样化医疗器械解决方案,摩方精密在展会期间吸引了众多专家学者的目光,展示了其技术在医疗器械研发上的专业性、前瞻性和创新性引领地位。展会期间,摩方精密市场总监邢羽翔先生受邀做客Medtec China直播间,分享了在医疗组件趋向微型化的背景下,增材制造技术如何有效应对高端医疗器械产业所面临的研发周期长、技术要求高、材料制备困难以及定制化产品加工生产等挑战,从而助力多家医疗器械企业实现个性化创新解决方案。此外,摩方精密还带了最新技术报告,呈现高精度打印技术在医疗器械科技等领域的前沿应用成果:微创手术自动缝合器、三周期极小曲面结构支架、新型癌症治疗微针组、青光眼导流钉等复杂精密医疗器械应用,以及重点展示了自主研发的在全球具有突破性的超薄牙齿贴面产品(最低可达40 μm)。该产品兼具高精度、超薄性和强韧性,代表了牙科修复领域的未来趋势。随着“健康中国”战略的持续推进,摩方精密高精度制造解决方案积极响应国家号召,致力于构建一个超高精密、超高公差控制能力的工业级3D打印全链条自动化体系。该体系赋能医疗器械的研发生命周期,从材料选择、原型评估、打印制造和性能测试,每一个环节都经过严格的质量控制和检测,确保零部件的安全性和有效性。尽管,医疗器械企业普遍面临高技术障碍、严格的定制化生产流程和漫长的研发周期等核心挑战,但为了提升疾病识别、诊断与治疗的精确度,生物医疗技术的发展趋势不可避免地指向了精密化、智能化和个性化。因此,更需要产学研界的深度融合发展,共同拓宽应用场景的更多可能。摩方精密将继续致力于推动高精密行业的创新应用及产业生态建设,与更多科研机构和企业单位在技术开发、应用创新、科技成果转化、交叉学科建设、产业孵化等方面建立全产业链、新业态、多元化的合作模式,助力更多行业实现工业生产的精密化和智能化转型,全面支持全球医疗器械行业共同发展。

企业动态

2024.09.30

【会议通知】关于召开精密生物3D打印与前沿应用研讨会会议通知(第一轮)

由湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心主办,长沙素灵智造科技有限公司承办,重庆摩方精密科技股份有限公司作为协办单位举办的 “精密生物3D打印与前沿应用研讨会”,拟定于2024年10月19日召开。本次会议将聚焦生物材料、精密生物制造、生物医疗和生物前沿应用等学科,探讨精密生物3D打印技术在医工交叉领域的创新应用前景。会议拟邀行业知名专家学者做学术报告分享,展现精密生物3D打印及交叉学科的最新成果,及成果转化实践经验。为我国生物医疗建设研发工作从学科建设、技术创新、产业与合作模式发展提供交流平台。诚邀全国相关领域专家、学者、科研骨干、企业代表参会交流。现将会议有关事项通知如下:

应用实例

2024.09.30

浙大谢涛/浙理工彭文俊《Science Advances》:双网络聚合顺序调控可3D打印液晶弹性体的

液晶弹性体(LCE)能够响应外部刺激进行可编程的可逆大尺度变形,在人工肌肉、软体机器人和微机械系统等领域具有巨大的应用潜力。LCE实现可逆驱动的必要条件是液晶基元的取向,而机械拉伸是一种简单可靠的取向液晶基元的方法。但此时液晶基元通常沿拉伸方向排列,这导致LCE展现出单一的驱动模式,即在拉伸编程方向上表现出冷却诱导延长。鉴于此,浙江大学化学工程与生物学院谢涛教授和陈冠聪博士报道了一种由液晶和聚氨酯弹性体组成的互穿双网络,调整两重网络的聚合顺序,材料表现出两种相反的驱动模式,即传统的冷却诱导延长或反常的冷却诱导收缩。该工作以“Pluralizing actuation behavior of 3D printable liquid crystal elastomers via polymerization sequence control”为题发表在《Science Advances》上。浙江大学谢涛教授和陈冠聪博士为共同通讯作者,浙江理工大学特聘研究员彭文俊为第一作者,该研究工作受到了浙江理工大学张先明教授的相关支持,论文第一单位为浙江理工大学。本工作设计的双网络是可光固化的液晶网络和聚氨酯网络。作者将第一重液晶网络聚合后溶胀聚氨酯单体,并在拉伸状态下聚合第二重聚氨酯网络,此时液晶基元沿拉伸方向排列,得到冷延长的驱动器LCE/PU(图1B);反之,将第一重聚氨酯网络聚合后溶胀液晶单体,并在拉伸状态下聚合第二重液晶网络,聚氨酯弹性体的回弹力使得液晶基元沿垂直拉伸方向排列,得到冷收缩的驱动器PU/LCE(图1C)。本工作的延长和收缩都是相对于拉伸编程的方向定义的。图1E中的WAXD证实了不同的液晶基元取向方向,因此LCE/PU样条冷却时延长,加热时收缩,而PU/LCE样条冷却时收缩,加热时延长。图1. 双网络驱动器的设计与编程作者主要聚焦于区别传统驱动的PU/LCE的反向驱动模式。如图2所示,施加除拉伸外的编程作用力可以赋予PU/LCE诸如扭转、弯曲和剪纸拉花的复杂驱动行为。借助光固化3D打印得到具有特定三维形状的聚氨酯弹性体,进一步溶胀液晶并编程聚合,可以得到埃菲尔铁塔,章鱼和灯笼等一系列三维驱动器。驱动器的驱动动作取决于编程作用力形式,如图2D所示,同样的三维物体在施加线性拉伸,或者施加压缩、拉伸及扭转的组合力后,编程的差异使两者展现完全不同的驱动动作。但其驱动方向均为加热时向编程作用力方向变形,即展现冷收缩热延长的反向驱动模式。图2. PU/LCE的反向驱动行为有趣的是,对PU/LCE在驱动过程中施加外力,可以在同一个样品中同时实现三种驱动模式。在无外力情况下,PU/LCE表现出冷收缩模式,施加外力与材料内部垂直应力抵消后,PU/LCE几乎没有驱动,随着外力继续增加,液晶基元从垂直排列转变为沿外力方向排列,因此PU/LCE表现出冷延长模式。图3B中的WAXD分析证实了驱动过程中施加外力导致液晶基元取向方向逆转的变化过程。结合激光切割或3D打印得到具有分级结构的样品,驱动过程中施加相同外力时,不同的区域会承受不同程度的应力,因此同一样品可同时表现不同的驱动模式,包括冷收缩(红色)、零驱动(绿色)和冷延长(蓝色)。图3. 外力条件下PU/LCE的驱动模式调控将两类具有相反驱动模式的材料组装到同一个驱动器中,可以实现传统LCE难以实现的复杂驱动。如图4所示,在加热和冷却切换下LCE/PU和PU/LCE可以展现出猜拳、拔河等模仿人类动作的行为。两类驱动材料不同的粘接方式会带来完全不同的驱动,如图4F所示,同样的样条由于粘接方式的区别,最终分别展现平面—平面,平面—三维以及三维—三维之间的驱动。进一步地,将导电铜箔附于LCE/PU和PU/LCE样条上,并搭建分别负责控制蓝色LED灯和红色LED灯的电路,该双控开关可以响应温度的变化从而控制电路,高温时点亮红色LED灯,低温时点亮蓝色LED灯,合适的长度设计使得中间温度可以同时点亮两盏LED灯。图4. LCE/PU和PU/LCE的组装驱动

应用实例

2024.09.29

携手创新 开拓未来|摩方精密即将亮相沙特全球医疗健康展览会

2024年10月21日,摩方精密将携前沿技术和突破性应用产品亮相沙特阿拉伯利雅得国际医疗健康展览会(Global Health Exhibition 2024),展示最新的高精度3D打印技术在口腔、医疗生物等领域的应用成果。该展会将汇聚来自世界各地的医疗器械、生物科技及先进制造等领域的企业和专家。此次沙特之行,将延续摩方精密全球开放式创新的传统,助力公司高精度3D打印技术在医疗健康应用领域持续探索,同时为公司进一步开拓中东市场带来广泛可能。沙特经济转型带来的合作机遇近年来,沙特阿拉伯作为全球经济增长最快的国家之一,依托“2030愿景”战略,不仅持续优化经济结构,加速推进经济多元化发展,还大力发展科技创新与医疗产业。人口红利的释放以及国际化政策的实施,推动了沙特与世界各国的合作深化,尤其是与中国的经贸往来愈加紧密,医疗器械、先进制造、生物技术等领域成为双方合作的重要支点。沙特政府积极鼓励引入高科技设备与创新技术,正为全球企业带来前所未有的合作机遇。沙特利雅得国际医疗健康展会在沙特王室、沙特商会、沙特卫生部等政府机构的大力支持下,已成为沙特阿拉伯医疗行业联系全球企业、达成贸易的最大平台之一。作为中国创新制造的代表之一,摩方精密顺应这一趋势,积极响应沙特市场的需求。摩方精密一直秉持“科技创新推动产业发展”的理念,通过全球领先的微米级高精度3D打印技术,致力于突破传统制造技术的局限,为包括医疗、生物健康等在内的多个高精尖领域带来变革。本次展会上,摩方精密不仅将呈现高精度打印技术在医疗生物科技等领域的前沿应用成果,还将重点展示自主研发的在全球具有突破性的超薄牙齿贴面产品。该产品兼具高精度、超薄性和强韧性,代表了牙科修复领域的未来趋势。全球视野下的技术创新与行业交流摩方精密一贯重视全球市场的开拓与合作创新,从牙科设备、生物科技到精密电子等各领域,摩方精密不断拓展技术的应用边界,并将技术和产品带到全球35个国家。摩方精密的3D打印技术以其高精度、灵活性和成本效益在全球范围内备受关注。借助沙特的快速发展和政策支持,摩方精密有望进一步开拓中东市场,并将其先进的3D打印技术引入这一蓬勃发展的地区。本次沙特行程不仅是对自身全球化战略的延续,更是通过展会平台与世界先进医疗健康领域同行交流的机会。未来,公司将继续致力于将前沿科技应用到更多领域,不断推动全球制造业的转型。我们诚挚邀请全球业界同仁、合作伙伴及关注前沿科技的朋友们,莅临摩方精密展台,共同见证行业创新时刻,探索未来更多合作机会。摩方精密期待与您在2024年10月21日-23日相约沙特利雅得,携手创新,共创未来!

企业动态

2024.09.27

从原型设计到艺术殿堂,微纳3D打印如何助力游戏产业新升级?

随着《黑神话:悟空》引发现象级文化狂潮,中国的游戏产业迎来了爆发式增长,技术与创意的结合不断推动着新的可能性。AI设计和3D打印技术的应用,为游戏场景搭建、硬件创新、原型设计与测试、以及VR和AR传感系统提供了一种快速、高效、低成本的构建方式。这种技术不仅缩短了动漫游戏开发周期,还极大地丰富了游戏的视觉效果、艺术表现性以及游戏体验性,推动了游戏产业进入一个全新的境界。Part.1/ finding the breaking point   融合碰撞 找寻破局点随着技术的不断进步和成本的逐步降低,微纳3D打印技术在游戏开发中的多种可能性正在逐步显现。例如,可复刻还原游戏中的高精度场景模型,为游戏场景的搭建提供精准、高效的构建方案。在游戏设备及定制化配件生产方面,微纳3D打印技术将辅助开发者进行原型设计和研发测试,进而大幅缩短游戏产品的开发周期。此外,它可以用于制造游戏控制器的精密部件,提升玩家的操作体验;或者在开发增强现实(AR)和虚拟现实(VR)游戏时,利用微纳3D打印技术打造更为轻便、响应速度更快、功能更强大的头戴设备和游戏手柄。这些设备不仅能够提供沉浸式的游戏体验,还能够通过更精准的传感器捕捉玩家的动作,从而实现更自然的交互。Part.2/ fostering new industries 科技创新 催生新产业从长远的角度分析,微纳3D打印技术预计将随着技术的不断成熟和市场需求的增长,在游戏行业中扮演更加重要的角色。以下是一些具体实例,它们揭示了微纳3D打印技术在传感器技术领域的创新进展。01 柔性压力传感器逆向设计南方科技大学郭传飞教授、香港大学方绚莱教授研究团队合作提出了一种高效的逆向设计方法,通过引入降阶模型来限制设计范围,并提出了“跳跃选择”方法以提高数据筛选效率。团队采用摩方精密nanoArch® S130(精度:2 μm)3D打印设备,实现了所设计的复杂凸起结构模板的高精度打印,并结合翻模技术制备了柔性PVA-H3PO4微结构离电功能层。这些传感器在动态和循环加载条件下表现出卓越的线性特性和灵敏度,大幅简化了数据处理的复杂性,为智能机器人、高级医疗和人机接口等多种应用场景提供了器件设计的技术途径。02 离-电式压力传感器杭州师范大学材料与化学化工学院朱雨田教授团队基于麦芒仿生多级结构设计开发了一种兼具高灵敏和宽量程的离-电式压力传感器。该麦芒分层结构是利用摩方精密 microArch® S240(精度:10 μm)3D打印设备加工模具后经聚乙烯醇(PVA)/磷酸(H3PO4)翻模制备而成。该新颖的结构设计使得介电层/电极层界面在压力作用下的接触面积持续增大,从而使传感器的电容信号规律变化,对传感器的可检测量程和灵敏度的提高起到了至关重要的作用。此外,该传感器可以设计成透明的智能手环和智能窗口,在健康监测、可穿戴电子设备和电子皮肤等方面具有应用潜力。03 “非接触式”交互示教北京航空航天大学研究团队提出的基于双模态智能传感界面的软体机器人非接触交互示教方法。在该研究中,基于研究团队所研发多模态柔性传感界面,示教者在不接触软体机器人、无任何穿戴设备的情况下利用裸手交互地示教软体机器人(如连续体软体臂),使其实现复杂三维运动。该传感器结构上主要包括柔性介电层、柔性电极层、激励层、液态金属图案和封装层组成。该团队利用摩方微立体面投影光刻技术(nanoArch® S140,精度:10 μm)实现了柔性介电层表面微型金字塔模具的3D打印,该传感器自身具有较强的柔性和可拉伸性。这类基于多模态柔性感知的非接触的示教方法可以扩展人类与软体机器人交互方式。这种简单、高效、友好的非接触交互示教方式,为软体机器人在非结构化环境中的交互控制提供了一种新的范式。微纳3D打印技术,作为一种前沿的增材制造技术,具有在微米乃至纳米尺度上构建复杂三维结构的能力。这种技术的精细度,使得它在精密工程、生物医学、5G通讯、高端芯片以及航空航天等高精尖领域有着直接且广泛的应用。尽管在游戏开发这一领域,微纳3D打印技术的应用尚不如上述领域那样显著,但它的潜力不容小觑。在创新的道路上我们每个人都是取经人, 摩方精密将秉持着深入钻研的精神,持续在微纳3D打印技术领域深耕,以技术和终端应用为突破口,为客户带来更多创新性的产品和解决方案。

应用实例

2024.09.26

探索医疗器械的科技创新,从科研学术走向产业化的的关键技术

在医疗器械领域,技术创新是推动行业进步的核心动力。然而,这条创新之路并非一帆风顺,更像是一次从学术高峰向产业化跨越的险峻之旅,技术创新是不可或缺的基石,勇敢的开拓者和优秀的团队是前行的核心力量,而稳固的基础设施建设则是保障旅途顺畅的重要支撑。三者相辅相成,共同铸就了医疗器械技术创新的发展之路。Medtec China 2024暨国际医疗器械设计与制造技术展览会,将于9月25-27日在上海世博展览馆1&2号馆举办。本次大会汇聚近千家来自全球近27个国家的科技创新前沿企业,为中国医疗器械生产厂商提供产品研发、生产、原材料、精密部件、自动化制造设备和超精加工技术等服务,展品覆盖医疗器械设计与制造全产业链,致力于为中国医疗器械生产企业技术发展提供丰富资源和先进理念,为跨国医疗器械生产商在中国设立研发和生产基地提供有力支持。摩方精密深耕高端医疗器械行业探索,以市场需求为导向,以科技创新为驱动。本次展会摩方精密将携最新技术报告出席,以及微创手术自动缝合器针径稳定组件、用于新型癌症治疗的微针组、内窥镜远端尖端组件以及手术夹具等多款复杂结构样件亮相展位Hall2,2C302,通过与业界学者的交流与合作,助力更多高端医疗器械企业向智能化、精准化、多功能化、可持续化的开创性应用方向发展。医疗创新利器:复合精度全能研发助手本次大会,摩方精密市场总监邢羽翔先生将在9月26日10点于上海世博展览馆2号馆会议室C带来《超高精密3D打印技术及其医疗行业应用》报告,内含最新技术、设备和材料介绍以及摩方精密微纳3D打印技术在精准医疗和高端医疗器械等前沿领域的应用案例。展位现场,摩方精密将展出双精度设备microArch® D1025,该设备可自动调节并切换打印精度,在同层(XY轴方向)和不同层(Z轴方向)均能实现10μm/25μm两种精度。同时配置了自动化操作系统,使工艺参数设置、液面调平、流平时间等步骤实现全自动作业模式,可有效避免手动调平误差,大幅优化打印前期准备工序。全面保障打印成功率及良品率,适配更多领域的应用场景。D1025适配多种材料打印,兼容硬性树脂、韧性树脂、Tough树脂等工程应用类材料,耐高温树脂、耐候性工程树脂等功能类材料,适用于POM注塑、PDMS翻模的牺牲树脂,BIO生物兼容性树脂,氧化铝和氧化锆陶瓷材料和水凝胶等多种自研和新型材料打印,可用于支持各种新型医疗器械开发。微纳3D打印:攻克多领域精密制造难关摩方精密独创的面投影微立体光刻(PμSL)技术和复合精度光固化3D打印技术,是全球首位实现2μm超高精度,同时兼具高公差控制加工能力的3D打印系统,能保证精度的基础上加工大尺寸样件,具有跨尺度功能,在快速原型制作上具备设计灵活性与制造稳定性,为制备高公差控制且高分辨率的精密化、微型化、复杂化创新医疗器械带来全新解决方案。深耕行业多年,摩方精密在精密医疗器械领域拥有深厚的技术积累和丰富经验,始终致力于解决客户在加工成本高昂和研发周期过长的问题,通过技术创新和优化工艺流程,为客户提供高效高能高产的解决方案。目前,摩方技术已经广泛应用于精密眼科医疗、微创手术内窥镜和缝合器等多种医疗器械的研发迭代,此外,摩方还在微针贴片和器官芯片等终端研发领域取得重大突破,且成功生产出全球最薄的氧化锆陶瓷牙齿贴面,进一步提升了医疗器械的性能和用户体验,为从科研学术到产业转化全环节高效赋能。诚挚邀请您莅临Medtec China 2024展会,与摩方专业团队交流,共话高端医疗器械制造未来!

企业动态

2024.09.23

微纳3D打印助力开发全球首款4K一次性关节镜

在人们健康意识逐渐强烈的时代背景下,为更好的避免交叉感染,解决医疗器械维护成本高、清洗消毒难、周转频率高等难题,一次性医疗器械应运而生,呈现出“耗材化”趋势。其中,内镜被用于泌尿、呼吸、空腔、消化等各类检查和治疗等临床场景,一次性内镜的使用,将减少诊疗中可能遇到的交叉感染风险,并有效提高医生操作的便捷性。Pristine Surgical是一家创新医疗器械公司,总部位于新罕布什尔州曼彻斯特,位于大波士顿医疗器械集群。其产品涵盖了硬镜和软镜,包括市场用量最大的腹腔镜和胃肠镜等。在医疗领域,传统的可重复使用内镜因其复杂的结构,面临着清洗和消毒的难题。据该公司研究显示,内镜在医疗器械交叉感染风险中排名首位,超过70%的内镜无法完全灭菌,几乎四分之三的常用内镜被细菌污染。这使得内镜的安全使用成为无法忽视的问题。目前,全球一次性内镜市场潜力巨大,已达到了560亿美元的规模。这一现象背后的原因在于,传统重复使用内镜在购置成本、使用寿命、周转频率、消毒难度以及维修成本等方面存在诸多挑战,使得一次性内镜更具成本效益。近期,Pristine Surgical发布的全球首款4K一次性外科关节镜Summit™ 在微创手术可视化方面取得了重大突破。该设备在高分辨率的4K成像简化内窥镜程序的基础上, 提供了一个完全集成、无菌、一次性使用的解决方案,减少了与可重复使用内镜相关的复杂性。同时,Summit™基于云端的专利软件Pristine Connect™,可实现无缝视频捕获、自动库存管理和增值服务组合的不断扩充。Summit™4K一次性手术关节镜经过多项数据调研后,Pristine Surgical 最终选择与摩方精密建立了合作伙伴关系。摩方精密独创的面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术对于将数字设计迅速而精确地转化为实体原型起到了至关重要的作用。以下为摩方精密3D打印机在Summit™开发流程中所提供支持的详细说明:01 高精度将细节完美呈现摩方精密微纳3D打印机是全球首个能够实现2 μm超高精度的微纳加工技术之一,在精密医疗器械领域积累了丰富的技术经验和解决方案。这对于制造Summit™所需的精密化、微型化、复杂化部件至关重要,为设备中精密电子与光学部件所需的严格公差和细微间隙提供了可靠保障。02 快速制作加快研发迭代进程借助摩方精密微纳3D打印技术,Pristine Surgical能够高效地将数字设计转化为实体原型。此技术的应用对于迭代设计过程尤为重要,它使得快速测试和优化设计理念成为可能。原型在经过严格的台架测试和评估后,确保了即时反馈和必要的调整得以实施。03 原型高度满足设计验证需求通过摩方精密制备的原型,Pristine Surgical得以对关节镜设计在实际工作环境中的性能和兼容性进行评估。采用这种实物测试的方法,不仅增强了利益相关方之间的互动,而且高效地完成了设计概念的有效验证。04 系统支持精密复杂设计打印利用摩方精密3D打印系统的先进性,Summit™的电子元件、镜头及其他组件的复杂结构得以精准实现。摩方精密打印机的超高光学精度保证了设计的坚固性与稳定性,同时确保了其在手术过程中湿润环境下的耐受性。通过运用摩方精密3D打印机,Summit™的开发工作得以显著提速。该打印机在快速生产高精度部件方面的能力,不仅简化了设计和测试流程,还通过减少返工和延迟等环节,有效降低了研发成本。Pristine Surgical的产品开发与系统管理总监Michael Herda强调:“摩方精密3D打印机是我们设计和开发流程中的关键组成部分。它帮助我们快速迭代新的想法和概念,并加速产品推向市场,从而节省了大量时间和资金。”在Summit™的开发过程中,摩方精密3D打印机扮演了关键角色,助力Pristine Surgical克服了精密复杂设计和快速原型制作的挑战,成功推出具有革新意义的高端医疗器械,进一步推动了全球微创手术的创新与发展。

应用实例

2024.09.20

中南大学陈泽宇教授课题组《COLLOID SURFACE B》:用于原位形成纯化脂质体的透析功能化微

脂质体作为一种多功能药物载体,能够靶向递送多种治疗药物至特定部位,已广泛应用于癌症治疗和生物医学成像等领域。近年来,连续流微流控技术被视为一种前景广阔的脂质体制备方法。该技术通过在微流控装置中将含有脂质的有机相(如乙醇)与水相混合,促使脂质分子自组装形成脂质体。相比传统的宏观方法,微流控技术显著提升了脂质体的尺寸均匀性和包封效率(EE)。尽管微流控技术在脂质体制备中优势显著,如何使用微流控技术在原位实现脂质体纯化仍是一个挑战。特别是在微流控装置集成过程中,去除游离药物和有机溶剂(如乙醇)的纯化过程存在技术难题,这限制了脂质体生产的效率。目前,已有多种策略用于载药脂质体的纯化,包括透析、凝胶色谱和超滤等方法。然而,这些传统纯化技术通常存在步骤繁琐、耗时长的局限性。在微流控技术介导的脂质体生产过程中,脂质体与乙醇长时间共存可能导致纳米载体的不稳定性及包封物质的泄漏。微流控透析技术通过快速去除游离药物和乙醇,为解决这些问题提供了潜在的解决方案。近期,中南大学陈泽宇教授课题组在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》期刊上在线发表题为“Dialysis-functionalized microfluidic platform for in situ formation of purified liposomes”的原创性论著。该研究发明了一种透析功能化微流控平台(dialysis-functionalized microfluidic platform DFMP),该平台有助于在脂质体制备的同时进行透析这一纯化过程。与传统透析方法相比,DFMP制备的脂质体显示出更高的EE和更窄的尺寸分布。此外,体内光声(PA)成像验证了制备的脂质体的优异性能。结果表明,DFMP可以作为提高载药脂质体的生产效率和载药性能的有效工具。首先,作者提出了一种新型透析功能化微流控平台,用于脂质体的制备与纯化。在设计上,作者利用三维螺旋微混合流道,并通过摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)高精度3D打印技术(nanoArch® S140,精度:10μm)制作了微流控混合芯片和透析芯片。随后,将透析膜以夹持方式集成到芯片内部,形成具备透析功能的微流控平台。该平台能够在合成脂质体的同时,对其进行透析处理,从而实现脂质体的原位纯化。图1. 透析功能化微流控平台(DFMP)的设计、制造方案。作者对透析功能化微流控平台的透析效率进行了评估。结果显示,随着透析液流速与样品溶液流速比值的增加,透析效率逐步提升。当比值达到900:1时,亚甲基蓝(MB)和吲哚菁绿(ICG)溶液的透析效率分别达到了93.48±0.44%和84.71±0.80%的最高值,成功去除了脂质体溶液中大部分的游离药物和杂质。图2. 透析功能化微流控平台透析效率测试。然后,作者使用透析功能化微流控平台合成了两种载药脂质体,结果显示,相较于传统透析,使用透析功能化微流控平台可以在相同的流率比下合成粒径更小、包封率更高、尺寸更加均一的脂质体。图3. 不同纯化方式下的脂质体粒径、PDI和包封率测试。作者进一步对比了常规透析和微流控透析合成的载药脂质体在小动物光声成像中的表现。结果显示,两种纯化方式合成的脂质体在体内分布上存在显著差异。使用微流控透析纯化的载有吲哚菁绿(ICG)的脂质体表现出更强的肿瘤渗透性和滞留能力,表明了其在肿瘤靶向药物递送中的潜在优势。图4. 使用不同纯化方式的脂质体在小鼠体内PA成像实验。与其他用于脂质体合成的微流控混合芯片相比,本研究提出的透析功能化微流控平台具有显著优势:它能够在脂质体制备的同时实现纯化过程。此外,该平台能够快速制备高包封率、粒径分布均匀的脂质体,符合生物医药领域对脂质体药物便捷制备的要求,并为脂质体药物的工业化生产提供了重要的技术指导。

应用实例

2024.09.18

微纳3D打印:突破传统陶瓷制造局限,解锁新材料潜力

陶瓷材料因其卓越的耐高温性、耐腐蚀性以及良好的化学稳定性,在机械工程、化学工业、电子通讯以及生物医疗等多个领域获得了广泛的应用。然而,传统的陶瓷加工方法,如注射成型、干压成型、凝胶注射成型等,对模具的依赖度较高,难以满足集成化、复杂化和精密化陶瓷制品快速制造的需求。与传统的陶瓷加工技术相比,陶瓷增材制造技术打破了传统陶瓷加工过度依赖模具的局限,无需模具即可快速生产出完全个性化的陶瓷产品,结构设计自由度高,并被认为是构成工业4.0的众多颠覆性技术之一。以创为序,开拓无人之境根据Global Market Insights 2024年8月发布的市场研究报告,2023年陶瓷3D打印市场价值为6170万美元,预计到2032年将达到3.65亿美元,年复合增长率为11.5%,这一数据表明,陶瓷3D打印市场虽然目前仍属于一个利基市场,但其增长潜力巨大,未来发展前景广阔。如今,在以高水平创新为驱动力,加速培育新型生产力的战略背景下,摩方精密公司积极响应国家号召,不断深化科技创新,致力于新材料的研发与应用边界的拓展,加快增材制造技术的产业化步伐,为我国制造业的升级提供了强有力的技术支撑。近年来,摩方精密在材料科学领域取得了显著成就,连续推出了包括氧化铝、氧化锆以及聚合物SiOC陶瓷前驱体等多种自主研发的新型陶瓷材料。这些材料不仅丰富了市场选择,提升了产品的性能指标,而且在航空航天、生物医疗、电子通信等高精尖领域展现了广泛的应用前景。超高打印精度、优秀的比强度、高陶瓷产率以及复杂高精度零部件的可加工性能,加之摩方精密微纳3D打印技术所特有的均匀性高、内应力低、精度高的陶瓷生坯件制备能力,共同极大地推动了陶瓷材料在工程领域和极端环境中的广泛应用。以精为首,打通微纳之差5G毫米波通讯技术的到来促使基站滤波器朝着小型化、轻量化、形状复杂化和低介电损耗化方向发展。为了兼顾滤波器尺寸和形状设计的需要,具有适中介电常数、超低介电损耗和近零谐振频率温度系数的微波介质陶瓷已经成为毫米波通讯的首选。中南大学刘绍军课题组和河北工业大学胡宁团队的程立金老师通过摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)技术(microArch® S240,精度:10 μm)成功制备了高性能高精度的Mg2TiO4微波陶瓷,并澄清了加工参数(激光功率、曝光时间和铺层厚度)对加工精度和介电性能的影响,最终制备出品质因子为142,000GHz的Mg2TiO4微波陶瓷。PμSL 3D打印技术能够定制化地打印出任意结构且具有优异介电性能的Mg2TiO4陶瓷。该技术能够打印出圆柱和方柱阵列,以及滤波器基底结构(其中圆柱的最小直径为440 μm,层厚为40 μm)。打印出的陶瓷的品质因素Q·f最大可达1.5×105 GHz(接近传统干压法成型的陶瓷值),介电常数εr最大为14.3。在功能陶瓷的3D打印制备领域,该新型制备方法取得了重大突破,有效解决了多项技术难题。传统3D打印功能陶瓷在成形过程中往往存在样品精度不足、密度偏低以及介电性能不及传统成形方法等缺陷,而该制备方法通过技术创新,成功克服了这些瓶颈问题。这一进展为小型化、高性能滤波器的制造提供了强有力的技术支持,对于满足5G/6G通信领域对高性能滤波器的需求具有重要意义。以生为名,勾勒重塑之光来自上海交通大学的研究团队,采用摩方精密microArch®S240(精度:10 μm)高精度3D打印设备,成功制备了生物活性玻璃支架。该支架通过特殊工艺,有助于氧化石墨烯(GO)稳定且均匀地固定在其表面。在此基础上,研究团队在支架上接种并培养了骨髓干细胞、静脉细胞和细胞因子,随后将其移植入小鼠体内。实验结果显示,该支架能有效促进毛细血管和骨组织的生成,其中BG/0.5%GO支架在促进骨再生方面的效果显著优于纯生物活性玻璃(BG)支架。此项研究成功实现了骨组织的再生,为临床骨缺损治疗提供了新的思路和方法。基于其优异的性能表现,该支架有望在未来的临床实践中用于治疗骨缺损,为患者带来更为有效的治疗方案。此外,摩方精密在齿科修复领域的一项突破性终端应用成果为“极薄强韧牙齿贴面”,该贴面是最低厚度可达40 μm,这一技术进步标志着义齿修复技术从传统的“有创”治疗向“无创”治疗的重大转变,极大地提升了齿科修复治疗的技术水平和服务质量。值得一提的是,摩方精密的这一创新成果已获得国家重点研发计划重点专项项目的立项支持,项目名为“极薄强韧陶瓷义齿微立体光固化增材制造技术与装备”。通过此项目的实施,摩方精密将进一步推动我国口腔医学领域的技术创新,加强临床研究与实践的结合,为齿科修复领域提供更为先进、高效、精准的解决方案,从而不断提升我国口腔医疗服务的整体水平,为人民群众的口腔健康贡献力量。在当前先进陶瓷制造领域,增材制造技术已成为最具潜力的关键发展方向之一,以其独特的精细成型能力为陶瓷零部件的生产带来了巅峰性的新机遇。该技术不仅提高了产品的精度和复杂性,同时也优化了材料的使用效率。展望未来,伴随技术的深入研发和成本的逐步降低,陶瓷增材制造技术的应用领域预期将显著拓宽,这将极大地促进市场潜力的释放和产业规模的扩展。在此背景下,摩方精密将持续致力于推动材料科学的边界扩展和技术创新,为机械工程、通讯工程、航空航天、生物医疗领域带来前所未有的设计自由度和性能提升,以实现更高效、更精细、更具成本效益的陶瓷零部件制造。

应用实例

2024.09.14

香港大学/香港理工大学《CRPS》:基于玻璃3D打印的微点阵力学超材料

通过先进制造技术构建具有周期性规则特征的微点阵结构,可以与各类材料相结合形成力学超材料,从而实现传统块体材料难以达到的非凡性能。例如,在需要大变形和能量吸收的应用中,已广泛采用由复合材料或金属构成的点阵超材料;而由碳或陶瓷所构成的点阵超材料,则主要因其低密度和高比强度而受到关注。然而,当前已有的各类力学超材料无法同时满足透明度及其他光学特性要求,这严重制约了其在非平面电子屏幕或异形结构玻璃等特定领域中的应用需求。有鉴于此,香港大学机械工程系陆洋教授课题组在近期与香港理工大学温燮文教授合作发展的高精度微纳石英玻璃3D打印(Nat. Commun., 2024, 15(1), 2689)工作基础上,更进一步通过结合拉伸主导型的高机械效率octet-truss拓扑构型,成功制备了具有可定制化机械性能的透明玻璃微点阵力学超材料(图1)。该进展拓宽了力学超材料的种类范围,为实现轻量化高强度透明超材料铺平了道路,并为各类多功能应用提供了机会。图1:3D打印玻璃微点阵力学超材料的制备示意图。(A)通过多步后处理过程,将打印所得的二氧化硅-聚合物纳米复合前驱体逐步转化为高质量、无缺陷的透明石英玻璃。(B)各阶段下微点阵结构对应的光学和扫描电子显微镜图像。课题组通过采用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)技术3D打印设备(nanoArch®P130 & nanoArch®S140),制备了一系列具有不同拓扑构型(相对密度、特征尺寸、单元数量)的玻璃微点阵超材料;利用原位微纳米机械测试系统研究其力学行为,并结合有限元模拟分析、Bazant-断裂理论、Weibull-最弱链理论和线弹性理论,揭示了玻璃微点阵的结构与性能之间的关系(图2)。图2:不同拓扑构型下玻璃微点阵超材料的力学行为。(A)相对密度所主导的力学行为:随着相对密度的增加,玻璃微点阵超材料破坏模式从逐层破坏转变逐步演变为灾难性的脆性断裂模式;根据有限元模拟结果显示,该转变由裂纹在基体中沿不同方向扩展机制所决定。(B)特征尺寸所主导的力学行为:通过 均匀减小杆件特征尺寸,可以有效增强玻璃微点阵超材料的整体机械性能,包括结构标称强度和归一化材料强度,符合“越小越强”现象。(C)单元数量所主导的力学行为:通过增加单元数量,可以有效减轻边缘效应,并提升特征变化的均质性和独立性,从而显著提高玻璃微点阵超材料的可靠性和一致性。综上所述,课题组采取了一种策略,即在降低相对密度的同时均匀减少特征尺寸并增加单元数目(图3D),以有效提升玻璃微点阵力学超材料的整体机械性能,并且保持其轻质特性(图3A)。最优拓扑构型的玻璃微点阵力学超材料能够轻松承受其自身数千倍重量的载荷,且不会引发任何形式的失效(图3B);同时,由于玻璃微点阵本身具有较轻的质量,其密度仅为0.198 g/cm3,远低于商业聚氨酯泡沫的密度(0.5 g/cm3),可以轻松地放置在商业泡沫上而不会引起任何形变(图3C)。图3:通过在透明玻璃微点阵力学超材料中实现轻量化和高强度特性。该成果以“3D-printed fused silica glass microlattice as mechanical metamaterial”为题发表于国际期刊《Cell Reports Physical Science》上,课题组2020级博士研究生黎子永为该论文第一作者。

应用实例

2024.09.12

微纳3D打印:创新驱动医疗产业发展,点亮生命之光

近年来,随着全球社会老龄化进程加快和人民生活水平不断提高,人们对生物医疗产业刚性需求日益增强,尤其在基因编辑、体外合成、脑机接口技术、纳米技术等前沿领域渴求重大突破。为了提高疾病鉴别、诊断与治疗的精确性,生物医疗技术正逐步趋向精密化、智能化与定制化,对微型精密加工技术的需求也日益急迫。引航突破 聚智提能在我国产业升级和新质生产力发展的大背景下,高端医疗器械被视为国家制造业和高科技发展水平的重要标志之一,各大生产商也在快速有效地开发医疗器械产品集群,力求最大限度惠及患者。3D打印技术,尤其是微纳级3D打印技术的突破,成为推动高精密制造的关键驱动力,为高端医疗器械产业的研发和应用需求提供了重要价值。摩方精密创新的面投影微立体光刻(PμSL)技术,是全球首个能够实现2 μm超高精度的微纳加工技术之一,在精密医疗器械领域积累了丰富的技术经验和解决方案。在医疗组件体积微型化的发展趋势下,有效解决高端医疗器械产业面临的研发周期长、技术要求高、材料制备难、定制式产品等加工生产难题,助力多个医疗器械企业实现个性化的创新解决方案。Sutrue——微创手术自动缝合器Sutrue公司总部位于英国,是一家专注于开发和生产手术工具等医疗器械的前沿医疗技术公司。该公司的核心产品是微创手术自动缝合器,这是一种能够在手术过程中快速而准确地执行缝合任务的自动化设备,其设计提升了缝合操作的高效性,同时降低了人工失误概率和缩短了手术时长。此前,摩方精密与Sutrue签署了战略性合作,通过利用摩方精密的微纳3D打印设备为Sutrue公司的微创手术自动缝合器进行了测试,使得他们能够在短时间内多次快速测试具有微小差异的不同版本组件,通过多种设计的组件中找到最理想的匹配形式。此次合作不仅帮助Sutrue实现了降低成本和提升效率的目标,而且在技术研发上取得了重大进展,为外科医生提供了更优质的微创手术器械选项,进一步提升了患者的医疗服务体验。3D打印组件以稳定针径RNDR Medical——用于尿路疾病的一次性内窥镜RNDR Medical,一家拥有百年历史的美国生物医疗企业,与摩方精密建立了在3D打印技术领域的战略合作伙伴关系。摩方精密协助RNDR Medical的研发团队高效地进行了远端尖端组件的迭代研发,并成功制造出了用于诊断和治疗尿路疾病的一次性使用内窥镜,该内窥镜的尖端巧妙地将所有必要组件集成在直径仅为3.3 mm的密封结构中。得益于摩方精密的技术支持,RNDR Medical在较短时间内以较低成本完成了设计优化,并迅速从原型阶段推进到大规模生产,充分展现了微纳3D打印技术的显著优势。3D打印的远端尖端组件IMcoMET——提取皮肤间质液的微针IMcoMET是一家于荷兰的生物医疗技术新兴企业,致力于研发抗癌治疗方案,特别是针对皮肤癌的治疗方法。为实现这一愿景,IMcoMET采用了一种独特的局部取样技术,提取含有生物标志物的皮肤间质液,以供研究之用。为了达到这一目标,IMcoMET采纳了创新性的策略,运用摩方精密PµSL技术,成功研发出一种新型微针,其中微针固定器包含两条直径为100 μm的平行通道,其间的间隔范围在20 μm。PμSL技术相较于纳米压印技术在成本效益和生产效率方面更具优势,同时在分辨率和公差控制方面胜过SLA技术。这一技术助力IMcoMET能够以极高的精确度和准确度提取皮肤间质液,为皮肤癌的诊断与治疗提供了定制化的解决方案。3D打印的微针固定器探索共话 聚势创变我国制造业是工业4.0时代最积极的实践者,工业制造优势领域逐步提升到、航空航天、5G、高端医疗器械、新能源等高端产业领域。在这些应用场景中,日益微型化、智能化、高性能、高品质的零部件加工需求,需要高精密3D打印技术提供更加高效能的解决方案。在摩方精密,创新探索永不止步。除了满足原型设计所需特征尺寸和性能需求,提供专属的技术服务支持和定制化解决方案以外,摩方在设备制造和技术升级方面,也在不断突破革新满足客户所需。对于高精密微纳3D打印设备而言,保持机构的水平度是实现高精密打印的坚实基础,机构调平是打印成功的关键,也是最受客户关注的问题之一。摩方精密全新升级的microArch®S230A和microArch®S240A,配置了自动化操作系统,集成平台自动调平,绷膜自动调平和滚刀自动调节三大功能,使工艺参数设置、液面调平、流平时间等步骤实现全自动作业模式,有效避免人工手动调平可能带来的误差,简化打印前期准备工作,从而能更加精准的保障打印成功率和质量,让客户专注于结构的设计和应用场景。当然,为了方便各行业领域客户掌握微纳3D打印技术应用及设备功能,摩方同时提供完善的打印课程及解决方案课程培训,涵盖设备操作、打印软件、处理工艺、安全指南等,助力更多高端医疗器械企业向智能化、多功能化、精准化、开创性应用方向发展。随着微纳3D打印技术的飞速进步,医疗器械和生物制造等多个医疗细分领域正处在一场技术革新的前沿,技术层面的创新和突破将成为推动该领域发展的核心力量。作为全球微纳3D打印技术及精密加工能力解决方案提供商,摩方精密也将坚定不移地砥砺奋进,持续开拓技术和应用创新,全力以赴为推动全球生物医疗领域的蓬勃发展贡献更为坚实的力量。

应用实例

2024.09.12

中南大学《SENSOR ACTUAT B-CHEM》: 微流控技术制备适配体修饰的脂质体探针用于瞬态

光声成像(Photoacoustic Imaging, PA)是一种新兴的生物医学成像技术,它结合了光学成像的高空间分辨率与超声成像的深组织穿透能力,能够提供高对比度的组织成像。这种技术依赖于光声效应,即生物组织吸收脉冲激光后产生的瞬时局部加热,进而引发超声波的产生,通过探测这些超声波,可以构建组织内部的高分辨率图像。光声成像因其非侵入性、高灵敏度和深层组织成像能力,已经在肿瘤检测、血氧水平监测、脑功能成像等多个领域显示出巨大的应用潜力。然而,光声成像的效能在很大程度上依赖于造影剂的使用,这些造影剂能够显著增强光声信号,使得特定组织或病变区域的成像更加清晰。脂质体是一种由磷脂双层组成的纳米载体,能够有效包裹药物或造影剂,延长其在体内的循环时间,并通过表面修饰实现靶向递送。适配体(Aptamers)是一种具有高度特异性和亲和力的小分子核酸片段,能够与靶标分子(如蛋白质、细胞表面受体等)特异性结合。通过将适配体修饰在脂质体表面,可以进一步增强脂质体的靶向性,使其能够精确递送至特定的细胞或组织。在癌症成像中,靶向性对比剂能够显著提高成像的特异性,减少背景噪声,进而改善诊断精度。尽管脂质体和适配体修饰技术在药物递送和成像领域展现了巨大的潜力,但传统的脂质体制备方法(如溶剂注射法、薄膜水化法等)通常面临操作复杂和粒径分布不均等问题。此外,这些方法对脂质体的改性和功能化过程往往耗时且效率低下。相比之下,微流控混合技术能够在微米级通道内实现不同液相的快速混合和反应,从而显著提高脂质体的合成效率与均一性。近期,中南大学陈泽宇课题组在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊上在线发表题为“Microfluidic-enabled aptamer-modified liposomal probes for targeted transient triplet differential photoacoustic imaging”的原创性论著。该研究探讨了通过微流控技术制备适配体修饰的脂质体探针,并将其应用于瞬态三重态差分光声成像中的方法与成果。研究中使用了摩方精密面投影微立体光刻(PµSL)3D打印技术(nanoArch® S140,精度:10μm),制造了低成本且高效的微流控混合芯片,用于快速合成负载亚甲基蓝的抗PD-L1适配体修饰的脂质体(Apt-MB-Lip)。在体外和体内实验中,制备的Apt-MB-Lip在瞬态三重态差分光声成像中表现出了优异的成像对比度和靶向性,尤其是在小鼠肿瘤模型中显示了较长时间的滞留和高效的肿瘤靶向能力。首先,作者展示了研究中使用的微流控芯片的设计和脂质体合成流程。通过摩方精密PμSL 3D打印技术,研究者制造了一个低成本的微流控芯片。该芯片用于快速合成负载亚甲基蓝(MB)的抗PD-L1适配体修饰的脂质体(Apt-MB-Lip)。图1中详细展示了微流控芯片的设计参数,包括混合通道和微柱混合区的结构,这些设计确保了脂质体合成过程中的流体精确控制,实现了脂质体的均匀形成和适配体修饰。图1. 微流控芯片的设计与合成方法。然后,作者进行了脂质体合成过程中的流体混合模拟与实际实验验证。通过仿真分析和实验验证,研究者优化了不同缓冲液与乙醇流率比(FRR)下的混合效果。图2. 微流控芯片的性能验证。作者进一步对比了适配体修饰前后脂质体的物理化学性质,包括粒径、PDI和zeta电位等(图3)。TEM图像显示了脂质体的形态,而UV-Vis光谱分析证实了亚甲蓝在脂质体中的包封效率以及适配体的修饰成功。研究还通过DPBF实验检测了MB-Lip和Apt-MB-Lip在光照条件下的单线态氧生成效率,结果显示Apt-MB-Lip具有更高的单线态氧产率,这表明其在光动力疗法(PDT)中的潜力更大。图3 适配体修饰脂质体的表征与光动力效率分析。接着,作者进行了瞬态三重态差分光声成像(TTD-PA)的系统设计与体外验证实验。体外实验中,研究者通过对不同样本(墨水、MB-Lip、Apt-MB-Lip)的成像,验证了Apt-MB-Lip在TTD-PA成像中的优异性能。图4. 瞬态三重态差分光声成像系统的设计与体外实验。最后,作者展示了在Lewis肺癌(LLC)小鼠模型中的体内成像实验。图5展示了TTD-PA成像的实验流程,小鼠接受MB-Lip或Apt-MB-Lip静脉注射后,分别在不同时间点进行成像。结果表明,Apt-MB-Lip在肿瘤区域的滞留时间更长,信号更强,显示出优异的肿瘤靶向能力。图5. 体内肿瘤靶向成像实验。本研究通过微流控技术成功制备了适配体修饰的脂质体,并在瞬态三重态差分光声成像中展示了其优异的靶向性和成像能力。研究结果证明,这种新型探针在癌症诊断和治疗中具有良好的应用前景。同时,本文展示的微流控芯片设计和生产工艺也为未来生物医学成像探针的研发提供了可行的低成本解决方案。

应用实例

2024.09.06

摩方精密荣获国家级专精特新“小巨人”企业荣誉称号!

9月2日,深圳市中小企业服务局官方发布了工业和信息化部认定的第六批专精特新“小巨人”企业公示名单,重庆摩方精密科技股份有限公司(以下简称“摩方精密”)全资子公司深圳摩方新材科技有限公司获评国家级专精特新“小巨人”企业。国家级专精特新“小巨人”,是工业和信息化部为贯彻落实中共中央办公厅、国务院办公厅《关于促进中小企业健康发展的指导意见》、《财政部工业和信息化部关于支持“专精特新”中小企业高质量发展的通知》有关要求,经各省级中小企业主管部门会同财政部门组织报送、专家审核等流程评选而出。专精特新重点小巨人企业是政府为鼓励专业化、精细化、特色化和创新型中小企业发展而设立的荣誉称号,旨在筛选和扶持在细分市场领域市场占有率高、创新能力强、质量效益优、配套能力强的领军者。其中,专精特新“小巨人”企业是专精特新中小企业之中的佼佼者,在各自产品领域逐渐形成优势和规模,能为大企业、大项目提供关键零部件、元器件和配套产品。摩方精密所在的工业级精密增材制造领域,融合了机械、材料、软件、电子、大数据等学科,是近年来制造业迭代的亮点,对高端制造业效率、创新和可持续性产生广泛的影响,有望成为启动制造业产业创新升级的新引擎之一。作为国产精密制造工业母机,摩方精密为全球首家推出2微米级增材制造精度并稳定应用与工业界的精密增材制造解决方案供应商。其精密增材制造设备采用面投影微立体光刻(Projection Micro Stereolithography, PμSL)技术,利用这一颠覆性技术,摩方精密赋能各行业精密制造工业企业应用创新和科研创新,为高端制造提供了传统生产方式难以实现复杂结构产品的专业化、精细化、特色化、新颖化的精密制造解决方案。近期,摩方精密面向全球市场推出首创Dual Series设备:microArch® D0210和microArch® D1025,该系列成功实现同层与跨层平面的双精度自动切换打印,新增自动化操作平台可使打印过程在速度、质量和便捷性上进行大幅提升,有效解决增材制造中高精度和大幅面的固有矛盾,再次实现工业级3D打印技术新突破。同时,摩方精密也在持续积极拓展终端应用领域的业务范围,并在辅助研发微针、器官芯片、内窥镜、导流钉、牙齿贴面等生物医疗行业应用方面,积累了丰富的技术与经验储备。其中,摩方精密研制出一种内含仿真毛细血管结构的新型生物培养皿(反应器),为新药开发以及精准医疗的突破带来巨大的价值,进一步助推超高精密3D打印技术在生命科学领域的跨越式发展。此外,“极薄强韧牙齿贴面”也是摩方精密的突破性终端应用之一,利用高精度3D打印技术制造的“牙齿贴面”最低厚度可达40微米,推动义齿修复从“有创”到“无创”的转变,并以国家重点研发计划重点专项项目“极薄强韧陶瓷义齿微立体光固化增材制造技术与装备”获批立项。截至2024年6月,摩方精密目前已与世界35个国家,2000多家工业企业和科研机构以及全球众多领域的世界500强企业建立起紧密的合作关系,其中,海外设备销售收入占比逐年攀升,2023年达50%以上。摩方精密正在全力构建起一个从底层技术到顶层解决方案完全自主可控的国产替代链条,赋能高端制造领域的国产化进程。目前,随着新一轮科技和产业变革的加速推进,基础前沿领域正孕育着重大突破,交叉融合的态势日益明显,基础研究、应用基础研究和技术创新之间的相互推动作用也在不断增强。摩方精密将继续坚持自主研发的道路,同时协同“产、学、研、医”力量,强化基础应用研究和技术创新,发挥创新主体作用,坚定不移地朝着专业化、精细化、特色化和新颖化的发展方向迈进,为中国精密制造持续供给能力和效率。

企业动态

2024.09.04

微纳3D打印助力斯坦福大学SLAC实验新进展,用于快速提升高频无源微波器件性能

作为美国的重要战略布局科研机构,坐落在斯坦福大学中的SLAC国家加速器实验室专门从事粒子加速器的设计与建造以及高速粒子的研究工作,并在这一专业领域取得了巨大成就,其中包括三项荣获诺贝尔奖的重要发现。SLAC实验室在化学、材料学、能源科学、生物科学、聚变能源科学、高能物理和宇宙学等多个前沿科学领域均有所贡献。其中,正交模耦合器(Ortho-Mode Transducer)是天线系统中的关键组件,用于分离和混合两个相互正交的极化波,能够将输入信号分离成两个正交极化方向的信号,并将它们分别传输到相应的接收器或发射器中。这项技术是SLAC实验室的重点研究方向之一,它在卫星通信、雷达、射电望远镜等领域发挥着至关重要的作用,为提升这些系统的性能和效率提供了不可或缺的支持。1. 发现问题与应对挑战SLAC国家加速器实验室的项目经理Gregory Peter Le Sage开发了一种高频OMT。实验初期,该团队尝试使用立体光刻(SLA)技术进行3D打印。然而,由于SLA打印的OMT样件未能达到性能预期,这促使Le Sage必须去寻找更高精度和机械强度的精密制造解决方案。在打印OMT时,该团队发现使用光学精度为50 μm的SLA打印设备会导致OMT出现了严重的性能缺陷。该OMT样件在71 GHz处的插入损耗达到11 dB,远超过了数控加工原型中观察到的可接受损耗阈值1.5 dB。由于SLA技术较低的分辨率,导致样件的公差较大,致使打印样件尺寸不精确,这严重影响了OMT的高频性能,进而导致信号衰减和失真。模拟结果表明,即使是10 μm的轻微偏差,也可能大幅降低组件的有效性。利用SLA技术打印的OMT样件2. 重新设计和工艺改进经过相关实验后,Le Sage意识到,为了达到预期的效果,OMT样件的精细度和机械强度必须要得到提升。因此,他对OMT模型进行了专门针对3D打印技术的重新设计。重新设计的目的是增强部件的结构完整性,这对于OMT的性能和耐用性都是至关重要的。最终,他选择了摩方精密面投影微立体光刻(PµSL)3D打印技术,该技术以其高精度、高质量、高公差控制能力等特点,可以完美的制造出全新设计的OMT模型。OMT模型的内部设计3. 先进制造和性能评估借助摩方精密的microArch® S240(精度:10 μm)3D打印设备,该团队完成了全新的OMT设计打印,其精度与高频应用所需的精度一致,进一步保障了OMT的高频性能。3D打印完成后,OMT样件进行了电镀处理,通过改进了对内部表面的接触,进一步确保了电镀效果。PμSL 技术打印的OMT样件准备进行测试通过本次研究,3D打印技术对高频组件性能有着至关重要的影响。与传统制造工艺相比,摩方精密微纳3D打印技术可以实现高精度复杂零件的加工制造,保障了OMT能够满足微波通信系统对高性能的严格要求。这一技术在分辨率和公差控制上的能力对于推动研究成果的应用具有重要意义,并助力微波通信系统的发展,为通信技术的未来进步开辟了新的路径。OMT垂直极化S21测试

应用实例

2024.09.04

微纳3D打印:推动海德堡大学IMSEAM微流控技术进步的关键力量

德国历史最悠久的高等学府——海德堡大学,作为欧洲科研项目最密集的机构之一,在2022年时设立了分子系统工程与先进材料研究所(IMSEAM)。为了给繁多的科研项目提供了坚实的后盾,IMSEAM选择了摩方精密的面投影微立体光刻(PµSL)3D打印技术,进一步确保了微孔板、微流控装置以及器官芯片等高精度微型部件的精准制造。通过PµSL技术的应用,显著提高了研究流程的效率和科研成果的整体质量。这一技术的集成,为IMSEAM的科学探索之路开启了新的篇章,实现了科研创新与精密制造的无缝对接。IMSEAM一直致力于在分子水平上合成和天然的构建模块,创新研发新材料、新方法和新技术。目前,IMSEAM旗下设有四个研究小组以及两个青年研究小组,这些小组致力于材料开发、有机电子、环境科学和生物医疗领域的基础理论与应用研究。此外,IMSEAM为校内其他研究小组提供了设备制造与表征服务(IMSEAM核心设施)、软(生物)材料表征以及微流控技术领域的核心设施支持。01 高精度制造,满足多样化需求微流控技术作为一门迅速发展的前沿领域,其应用已遍及多个学科研究。该技术涉及从流体动力学的深入理解,到基于液滴的微流控方法以合成细胞的创建,以及连续流动微流控和构建复杂器官芯片模型的实践。微流控核心设施部门(µFlu CF)旨在为校内所有对微流控技术感兴趣的研究团队提供全面的支持,涵盖项目设计、微流控芯片制造,以及生物安全实验室等各个环节。该部门的项目负责人Pashapour博士指出:“2022年5月,我们启动了微流控芯片生产与分析所需的首批设备的采购工作。”在传统的微流控芯片制造过程中,通常采用光刻技术,在涂有光刻胶的硅晶圆上制作主模具。为此,该部门购置了一台无掩模对准器,该设备能够实现1至200 μm范围内高度的2D结构的精确制造。为了确保结构高度的一致性,该部门还需利用干涉轮廓仪进行测量,以监控硅晶圆与曝光光刻胶之间的厚度差异,但测量的公差范围介于1μm至2-3 mm之间。Pashapour博士表明:“除了上述工艺流程,我们同样希望能够生产具有3D结构的微流控芯片。因此,我们正在探索合适的3D打印技术解决方案。”nanoArch® S140:摩方精密10 μm级3D打印设备,以其卓越的精度,高公差控制能力,成功实现了科研级复杂微零件的制造。02 PµSL技术,科研创新的得力工具在完成了深入的市场调研和全面的评估之后,IMSEAM选定了一个代表性的设计,并将其提交给四至五个供应商进行打印。随后,IMSEAM对这些打印件的精度、质量和打印效率进行了评估。在挑选打印设备的过程中,Pashapour博士着重指出了打印机在打印狭窄通道时保持壁面光滑的重要性,以确保在后续实验中避免湍流的发生。经过严苛的筛选过程,IMSEAM最终决定采用摩方精密的nanoArch® S140(精度:10 μm)3D打印机,这是因为摩方精密能够精确地制造出满足设计规格的样品部件。摩方精密PμSL 3D打印技术为科研制造领域带来了所需的高分辨率、高准确性和高精确度。作为一种立体光刻(SLA)技术,PμSL依赖于数字光处理引擎(DLP)、精密光学元件、高精度运动控制系统以及相应的软件。与传统的SLA技术相似,PμSL技术通过将部件分层,并利用光源投射到液态光敏树脂上来实现打印。在曝光区域内,树脂中的聚合物发生交联和固化。Pashapour博士评价道:“S140这台设备的表现令人难以置信,它能够制备出非常完美的样件,完全符合我们的需求。网格:100 µm细网格的3D打印,用于细胞诱导的变形腔室:在腔室中捕获器官样体,腔室宽度为200 µm,两侧腔室有100 µm的流入口03 开源兼容,提供精准定制化服务为了满足微流控技术的高标准需求,IMSEAM采用了nanoArch® S140 3D打印机,以促进其在微流控领域的研究与创新。该打印机拥有94 x 52 x 45 mm³的构建体积,为操作提供了必要的灵活性。该设备的开源特性使得研究所不仅能够使用摩方精密自主研发的材料,还能够选用第三方供应商提供的产品,从而进一步拓宽了材料选择的范围nanoArch® S140 3D打印机相较于其他制造商的产品,赋予了用户更广泛的打印参数调整权限,这一特点显著增强了打印的定制性和适应性,从而确保能在最佳条件下获得预期结果。设备安装就绪后,摩方精密为IMSEAM团队提供了全面的教学和操作培训,涵盖了设备原理和操作细节。为期一周的培训确保了研究团队对打印机各项功能的深入掌握。Pashapour博士指出,在尝试打印首个项目期间,他们通过售后服务迅速获得了支持,响应极为迅速。自2023年9月起,nanoArch® S140便保持全天候运行,仅在圣诞节假期期间暂停。这种不间断的运行状态充分体现了打印机的高效与可靠性。Pashapour博士还提到,团队已进行了一次膜的更换,并参加了在线培训课程,旨在进一步提高打印技术并优化打印流程。150 µm空心立方体:涂覆碳纳米管,用于3D细胞激活胞诱导的变形微孔板:3D打印的微孔,直径和深度均为80 µm,间距为20 µm,用于捕获GUVs04 激活科研潜力,加速研究成果实现转化IMSEAM的微流控核心设施部门(µFlu CF)已成功部署了摩方精密PμSL 3D打印技术,特别是其在玻璃基板上直接打印黄色树脂的能力,显得尤为关键。Pashapour博士强调,这种能力为微流控过程的分析提供了更清晰和直观的观察视角,进而促进了对于微流控机制更深入的理解。尽管如此,Pashapour博士也提及了所面临的一些挑战,尤其是在将玻璃板在构建平台上进行微米级精度对齐的过程中。目前,团队主要依靠卡尺来完成这一任务,但Pashapour博士期望未来能够获得更先进的软件支持,以提升对齐的精确度和操作效率。此外,IMSEAM已成功完成了多个项目,涵盖了具有150 μm空腔的立方体、直径和深度均为80 μm、间距为20 μm的3D打印微孔板,以及用于细胞诱导变形的100 μm精细网格。这些项目的成功实施,不仅展现了nanoArch® S140 3D打印机在精度方面的卓越性能,也凸显了其在微流控领域的关键应用潜力。Pashapour博士还表示,他们期望能够利用弹性材料进行打印,例如用于合成肺的器官芯片。同时,他们也在探究是否能够通过摩方精密2 μm分辨率的打印机来制造更加精密的支撑结构。

应用实例

2024.09.02

聊城大学宋琦副教授和深圳大学张敏副教授《IEEE SJ》:面向6G技术的水滴型分频率太赫兹传感器

面向6G技术的高灵敏度多功能太赫兹传感器,在超高速低时延空间通信、人工智能、智慧城市的通感一体化平台等多个关键领域,展现出其重要性和日益增长的市场需求。开展具有可调控增益的高效多频探测技术,不仅对提升6G频谱效率具有重要科学意义,同时也为智慧城市的建设提供了强大的技术支撑,推动城市向更智能、更高效、更可持续的方向发展。在此背景下,如何实现室温下对太赫兹的频率选择性探测已经成为6G传感的关键技术和前沿研究热点之一。然而,受到材料特性和器件加工成本的限制,高精度、低成本、可调控的太赫兹功能器件已然成为目前迫切需要解决的问题。近期,聊城大学的张丙元教授、宋琦副教授团队联合深圳大学张敏副教授、彭忠泽设计了一种水滴型微米芯片覆盖磁性外尔半金属和磁性拓扑绝缘体复合薄膜的太赫兹波传感器,并实现了外加微弱磁场增强其传感性能,并通过THz-TDS验证了其频率选择性探测能力。该团队利用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)技术,借助nanoArch® S130(精度:2μm)实现了微结构阵列的低成本高精度制备,并在器件上制备高质量磁性外尔半金属和磁性拓扑绝缘体复合薄膜,获得具有高灵敏度、低等效噪声功率和频率选择性探测的太赫兹波传感器。实验结果表明,该探测器的响应度高达2522 MV/W,灵敏度达到2.11 pW/Hz0.5,响应时间仅为1.8 ns。该器件所展现的功能和性能,为6G探测器的研究提供了新的思路,有望在未来的通信技术中取得广泛发展。相关成果以“Magnet-Enhanced Droplet-Shaped Frequency-Selective Terahertz Detectors for 6G Technologies”为题发表在《IEEE SENSORS JOURNAL》期刊上,第一作者为深圳大学研究生彭忠泽。图1 器件示意图。本文提出一种室温下面向6G的水滴型分频率太赫兹探测器,在实验中证明了可利用特征频率相关的结构化尺寸来实现分频率探测的功能,实现了多个特征频率的探测能力。探测器还结合磁性外尔半金属Co3Sn2S2、磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4和Au纳米膜三层纳米膜结构,根据仿真得到的最佳局域表面等离激元的局域场增强频率和THz-TDS实验验证了0.1 THz高贡献率频率点,为进一步在6G通信中分频率探测芯片的发展提供了方向,这种具有高响应、高灵敏度、快速响应的磁增强6G探测器能够促进6G技术的发展。图2 实验中所使用的THz-TDS示意图和频率选择性特征分析(特征频率和非特征频率在频谱中贡献曲线)。从图2中可知,特征频率表现出特殊的响应(0.1 THz,0.14 THz,0.22 THz,0.28 THz)。与非特征频率相比,选定的特征频率在整个峰宽范围内显示出更大的贡献。具体来说,0.1 THz的特征频率的贡献远高于其他频率。这一结果与团队对电场强度的模拟结果是一致的,表明器件在0.1 THz时具有最佳的场局域效应,显著增强太赫兹波与表面活性层之间的光学响应。每个特征频率的贡献在0.2 THz左右达到峰值,这在一定程度上影响了0.22 THz特征频率的贡献,解释了为什么它的贡献不如预期那么显著。图3 表面电场强度模拟结果(俯视图,电磁边界条件如图右下角) ;(a)光滑边界模拟结果; (b) 尖端结构边界模拟结果。器件的表面电场强度模拟结果也从侧面反映了其各个特征频率下场聚集效果。根据模拟场强图3 (a,b)可知,含有贵金属纳米薄膜的特征结构在特定的太赫兹频率下激发时,可以诱发局域表面等离子体(LSP)效应,导致特征结构附近出现明显的局域场增强。模拟图像显示,在0.1 THz处场增强明显。基于局域表面等离子体耦合理论,该结构为增强太赫兹波与探测器中Co3Sn2S2和MnBi2Te4纳米薄膜相互作用提供了基础。模拟还模拟了具有不同程度锐化的单元,如图3所示,与具有锐化结构的单元相比,边缘更光滑的单元在局域场增强效应中表现出较低的聚集程度。图3(b)为具有尖锐结构的单元中出现尖端聚集效应,可以实现更高的表面增强灵敏度,从而改善探测器表面薄膜结构与太赫兹波的相互作用,提高探测效率。图4 0.1 THz 太赫兹响应(a) 0.0725 mT 和 0.0145 mT 的光电流;(b)总噪声;(c)响应度(Rv);(d)噪声等效功率(NEP);(e)NEP(40 V - 100 V);(f)归一化检测率(D*)。为了验证探测器在0.1 THz下各项性能参数,研究团队采用微电流钨钢探针平台测量了探测器的伏安特性,图4 (a)中亮电流(I-V)曲线显示了探测器良好的欧姆特性,团队在0-100 V偏置电压下测量了探测器在各项外场下的光响应。100 V偏置电压时,磁场为0.0725和0.145 mT的Rv分别为2522 MV/W和2209 MV/W,相较于无外场的Rv提升了521 MV/W (26.04%)和208 MV/W (10.39%)。探测器的灵敏度也受到磁场的影响在100 V时低至2.11 pW/Hz0.5 (0.145mT)和2.35pW/Hz0.5 (0.0725mT),探测率分别增长了17.2% (0.145mt)和7% (0.0725mt)。器件的各项性能在外加磁场下均展现出了增益效果,与参照数据相比,受到磁场增益的磁性外尔半金属和磁性拓扑绝缘在具有局域增强的结构上展现了可观的进步。本文的创新点主要包括以下几个方面:本文的创新点包括两个方面:利用面投影微立体光刻技术制备的亚波长微结构可以有效降低成本,并具有很高的精度。通过磁控溅射制备的三层薄膜,不仅提高了磁场下太赫兹探测器件的性能,还在实际应用中具有重要意义。具有特征尺寸的水滴型结构实现了对特征频率的高贡献响应,这为亚波长微纳结构实现对太赫兹波频率选择性探测提供了可行方案。在磁场作用下,0.1 THz太赫兹传感器的性能得到显著提高,响应率为2522 MV/W,噪声等效功率为2.11 pW/Hz0.5,响应时间低至1.8 ns。本研究不仅为研究场增强型太赫兹传感器提供了新的思路,而且加速了6G集成传感与通信技术的发展。总体而言,这项研究为高性能可调控薄膜结合亚波长微结构阵列实现频率选择性探测技术提供了新的思路,特别是在6G通信技术中提升频谱效率的潜在应用。最为重要的是,面投影微立体光刻(PμSL)技术结合磁控溅射是一项具有成本效益的高效率加工方法,对6G功能器件的研究和发展起到了积极的推动作用。

应用实例

2024.08.30

摩方微纳3D打印技术推动科研创新!在Science、Nature、AM取得多项突破性研究成果!

在当今科技信息技术的快速发展背景下,科技正深刻地改变着人们的日常生活和工作模式。3D打印技术的普及和广泛应用,使其成为社会各领域不可或缺的一部分。不仅限于工业生产和制造,3D打印技术在教育领域也展现出其独特的优势,以其高精度、高效率和高质量的特点,为高等教育和科研机构提供了创新的制造解决方案。迄今为止,摩方精密微纳3D打印技术已协助众多研究机构和高校在包括Science,Nature,Advanced Materials在内的顶级学术期刊上发表了众多学术论文。现在,让我们深入探讨以下四篇具有里程碑意义的学术论文。01 Advanced Materials:仿树蛙脚掌的多级微纳界面研究湿增摩效应的规律北京航空航天大学陈华伟教授课题组通过表征树蛙脚掌表面的微纳多级六棱柱及纳凹坑结构,发现了生/机接触过程中微纳特征结构/材质协同作用下的两种特殊液膜界面效应,即法向碎化效应、纳凹坑自吸附效应,揭示了两种界面效应对界面毛细力、微纳液桥形成的影响规律,建立了强湿摩擦增效理论模型,提出了强湿摩擦表面仿生设计方法。该研究采用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术(nanoArch® S130,精度:2 μm)制备了仿树蛙脚掌的微纳多级界面结构。本研究为湿滑表界面增摩提供了一种新的方案,为实现精准医疗、可穿戴传感等领域的湿增摩提供了新思路和新方法。02 Science:仿南洋杉3D毛细锯齿结构表面流体自主择向香港城市大学王钻开教授及其合作者借鉴南洋杉叶片多重悬臂结构特征,制备了仿南洋杉3D毛细锯齿结构表面,通过建立3D固/液界面交互作用,实现流体运动方向的自主选择。该团队使用nanoArch® S140(精度:10 μm),设计并制备了由平行排列的具有横向和纵向曲率的双重悬臂结构的锯齿阵列组成的仿南洋杉3D毛细锯齿结构表面、具有对称垂直平面叶片结构的表面、具有倾斜平面叶片结构的表面和具有平行沟槽结构的表面。该研究实现了在不改变表面结构和无能量输入的前提下实现运动方向的自主选择,在微流控、冷凝换热、抗结冰和界面减阻等领域具有广阔的应用前景。03 Advanced Materials:可穿戴式自供电微针贴片用于增强深部黑色素瘤治疗武汉大学药学院黎威教授和姜鹏副教授课题组设计开发了一种集成柔性摩擦电纳米发电机(F-TENG)的可穿戴自供电载药微针(MNs)贴片,旨在增强深部黑色素瘤的治疗。该课题组借助microArch® S240(精度:10 μm)定制化制备精密微针模具,结合翻模技术制备了用于癌症治疗的微针贴片。该贴片在临床治疗深部实体瘤方面具有很大的潜力。这种有效的装置具有出色的传输能力,可以很轻松地将生物大分子或治疗性NPs经皮输送到深部,将来也可局部或全身用于治疗其他疾病,如糖尿病等。04 Advanced Materials:具有高透水透气性稳定黏附和长时间耐用性的仿树蛙脚蹼的可穿戴柔性电极西安交通大学邵金友、田洪淼团队提出了一种仿树蛙脚蹼的非侵入式柔性可穿戴电极,用于生理电信号的长时间连续监测。该柔性电极是使用摩方精密nanoArch® S130(精度:2μm)高精度3D打印设备加工模具后使用导电复合材料翻模制备而成。本研究提出的基于树蛙脚蹼的仿生电极可以实现在干/湿皮肤表面的稳定粘附,且兼具高透水透气性、长时间穿戴舒适性及稳定的低接触阻抗等优点,有望促进生理电信号长时间持续检测的广泛应用。展望未来 | Look Forward to the Future未来,摩方精密还在持续加大研发投入,更新设备,提升服务,全方位提升精密制造能力,为加快科研成果落地,提升科研院所科技成果转化价值创造能力,实现科技成果转化的跨越式发展而不懈助力。

应用实例

2024.08.28

摩方微纳3D打印技术助力科研创新,已在Science、Nature、AM取得多项突破性研究成果!

在科技信息技术的时代背景下,科技正以不同形式转变着群众的生活与工作。随着3D打印技术行业的广泛应用,社会的各个领域都有它的身影,3D打印技术除应用于工业生产与制造外,在教育领域里以高精密、高效率、高质量样件制备,为高校和科研机构提供创新性高精度制造解决方案。作为全球最早实现2 μm光学精度、兼具超高公差控制能力且实现工业化应用的企业,摩方精密依托技术创新和不断成熟的工艺及材料研发基础,确保科研实验数据的准确性和测试可行性,大力促进科研研究成果转化,助推多个学科领域实现突破性发展。目前,摩方精密微纳3D打印技术已助力多个研究机构和高校在Science,Nature,Advanced Materials等顶刊成功发表多篇学术论文。接下来,让我们共同探索这四篇具有突破性的学术论文。01 Nature:可注射超声传感器用于颅内生理信号监测华中科技大学臧剑锋教授、姜晓兵教授以及新加坡南洋理工大学陈晓东教授团队携手合作,研发出一种创新型可注射超声凝胶传感器。这种名为"超声超凝胶"的传感器是由双网络交联的水凝胶基质和内部周期性排列的空气孔道组成,体积仅为2×2×2mm³。这种可注射传感器是研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术(nanoArch® S140,精度:10 μm)加工模具后,经水凝胶翻模制备而成。该传感器有望克服传统有线传感器存在的感染风险和术后并发症等问题,同时避免现有无线电子传感器体积过大、无法体内降解等临床应用挑战。02 Advanced Materials:用于甲基化循环肿瘤DNA预后监测的自愈电子器件香港城市大学史鹏教授开发了一种可自修复的生物电子贴片(iMethy),它结合了透皮间质液(ISF)提取和基于场效应晶体管(FET)的生物传感,其能够对甲基化的ctDNAs进行动态监测,以作为一种用于癌症风险管理的预后方法。史鹏教授团队基于摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术(nanoArch® S140),以10μm的分辨率进行微流道模具的制备,再利用翻模制作基本的机械骨架,最后使用滚印法制造的氧化物层将EGaIn密封在翻模后的微通道内。该生物电子贴片的自愈性能使其能稳定长期的工作,可有效避免日常使用中的弯曲或变形等因素引起某些缺陷(如裂纹),为癌症风险管理提供了全新的预警方法。03 Advanced Materials:超声马达线性扭转轨道角动量南京大学程建春教授和梁彬教授课题组提出并构建了基于声超构材料的单声源声马达,以声波为唯一驱动源实现了对目标载荷的非接触式高速旋转操控。该课题组利用摩方精密高精度3D打印(nanoArch® S140,精度:10μm)等手段加工制备了具有结构紧凑、高效节能等重要优势的声马达器件,在超声频段和可听声频段内验证了其动力学性能及波场调控性能。这种仅需单一声源驱动、适用于任意器件外形的声马达极大地简化了角动量器件的构造,丰富了声人工体系的角动量操控手段,在非接触式粒子操控、片上声通信等领域有重要的应用背景。04 Advanced Materials:软体机器人平台用于复杂生物运动的解耦和重编程香港中文大学张立教授课题组联合北京计算科学研究中心丁阳教授课题组以及美国卡耐基梅隆大学Carmel Majidi教授课题组提出一种磁性软体机器人平台用于重建和解耦复杂生物运动。该研究中使用了摩方精密nanoArch® S130(精度:2 μm)3D打印一种节肢型的水凝胶磁性机器人,机器人身体由磁性段(由掺杂磁性颗粒的聚丙烯酰胺水凝胶制成)和非磁性段(由聚丙烯酰胺水凝胶制成)组成。这项工作可灵巧地控制软体机器人变形和运动,为设计具有复杂耦合步态的游动软机器人提供了创新性思路。展望未来 | Look Forward to the Future微机械技术的发展为人类打开了无限的想象空间,帮助人类深入极端环境,探索宇宙和生命的奥秘,完成许多人类无法完成或难以完成的任务。为实现人类文明的跨越式发展,摩方精密致力于提供微纳3D打印全流程、全价值链制造解决方案,涵盖3D打印服务、自研材料、设备定制等核心环节,助力众多高校与科研机构重塑科研验证的生命周期价值链。

应用实例

2024.08.26

摩方微纳3D打印技术助力科研创新,已在Science、Nature、AM取得多项突破性研究成果!

在科技信息技术的时代背景下,科技正以不同形式转变着群众的生活与工作。随着3D打印技术行业的广泛应用,社会的各个领域都有它的身影,3D打印技术除应用于工业生产与制造外,在教育领域里以高精密、高效率、高质量样件制备,为高校和科研机构提供创新性高精度制造解决方案。作为全球最早实现2 μm光学精度、兼具超高公差控制能力且实现工业化应用的企业,摩方精密依托技术创新和不断成熟的工艺及材料研发基础,确保科研实验数据的准确性和测试可行性,大力促进科研研究成果转化,助推多个学科领域实现突破性发展。目前,摩方精密微纳3D打印技术已助力多个研究机构和高校在Science,Nature,Advanced Materials等顶刊成功发表多篇学术论文。接下来,让我们共同探索这四篇具有突破性的学术论文。01 Nature:可注射超声传感器用于颅内生理信号监测华中科技大学臧剑锋教授、姜晓兵教授以及新加坡南洋理工大学陈晓东教授团队携手合作,研发出一种创新型可注射超声凝胶传感器。这种名为"超声超凝胶"的传感器是由双网络交联的水凝胶基质和内部周期性排列的空气孔道组成,体积仅为2×2×2mm³。这种可注射传感器是研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术(nanoArch® S140,精度:10 μm)加工模具后,经水凝胶翻模制备而成。该传感器有望克服传统有线传感器存在的感染风险和术后并发症等问题,同时避免现有无线电子传感器体积过大、无法体内降解等临床应用挑战。02 Advanced Materials:用于甲基化循环肿瘤DNA预后监测的自愈电子器件香港城市大学史鹏教授开发了一种可自修复的生物电子贴片(iMethy),它结合了透皮间质液(ISF)提取和基于场效应晶体管(FET)的生物传感,其能够对甲基化的ctDNAs进行动态监测,以作为一种用于癌症风险管理的预后方法。史鹏教授团队基于摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术(nanoArch® S140),以10μm的分辨率进行微流道模具的制备,再利用翻模制作基本的机械骨架,最后使用滚印法制造的氧化物层将EGaIn密封在翻模后的微通道内。该生物电子贴片的自愈性能使其能稳定长期的工作,可有效避免日常使用中的弯曲或变形等因素引起某些缺陷(如裂纹),为癌症风险管理提供了全新的预警方法。03 Advanced Materials:超声马达线性扭转轨道角动量南京大学程建春教授和梁彬教授课题组提出并构建了基于声超构材料的单声源声马达,以声波为唯一驱动源实现了对目标载荷的非接触式高速旋转操控。该课题组利用摩方精密高精度3D打印(nanoArch® S140,精度:10μm)等手段加工制备了具有结构紧凑、高效节能等重要优势的声马达器件,在超声频段和可听声频段内验证了其动力学性能及波场调控性能。这种仅需单一声源驱动、适用于任意器件外形的声马达极大地简化了角动量器件的构造,丰富了声人工体系的角动量操控手段,在非接触式粒子操控、片上声通信等领域有重要的应用背景。04 Advanced Materials:软体机器人平台用于复杂生物运动的解耦和重编程香港中文大学张立教授课题组联合北京计算科学研究中心丁阳教授课题组以及美国卡耐基梅隆大学Carmel Majidi教授课题组提出一种磁性软体机器人平台用于重建和解耦复杂生物运动。该研究中使用了摩方精密nanoArch® S130(精度:2 μm)3D打印一种节肢型的水凝胶磁性机器人,机器人身体由磁性段(由掺杂磁性颗粒的聚丙烯酰胺水凝胶制成)和非磁性段(由聚丙烯酰胺水凝胶制成)组成。这项工作可灵巧地控制软体机器人变形和运动,为设计具有复杂耦合步态的游动软机器人提供了创新性思路。展望未来 | Look Forward to the Future微机械技术的发展为人类打开了无限的想象空间,帮助人类深入极端环境,探索宇宙和生命的奥秘,完成许多人类无法完成或难以完成的任务。为实现人类文明的跨越式发展,摩方精密致力于提供微纳3D打印全流程、全价值链制造解决方案,涵盖3D打印服务、自研材料、设备定制等核心环节,助力众多高校与科研机构重塑科研验证的生命周期价值链。

应用实例

2024.08.26

【重磅】摩方精密入选中国科技50强,彰显中国高精度制造的全球影响力

近日,《财富》推出2024年首个“中国科技50强”榜单。全球领先的高精度增材制造解决方案供应商——摩方精密,与华为、比亚迪、宁德时代、腾讯、京东、阿里等各领域头部企业一起入选,是榜单中唯一的增材制造企业!《财富》中国科技50强旨在找到出生在中国,正在影响世界的科技公司。作为全球最早实现2微米光学精度并将其稳定应用于工业生产的高精度增材制造解决方案供应商,摩方精密凭借卓越的技术创新能力、突破性应用成就和全球化运营布局,与各行业领军企业一起当选“中国科技50强“,彰显了其在高精度制造领域的领先地位,也体现了其作为中国高精度制造企业代表,在全球市场的卓越实力和影响力。凭借从0到1的创新技术,摩方精密已经为全球35个国家的5G、新能源、精密医疗、精密电子等前沿行业提供了高精度制造解决方案。其技术和设备被来自全球的近2200家顶尖科研机构和重点企业广泛采用,成为工业生产微型化、精密化、集成化趋势的重要推动力量。在当前中国产业升级和新质生产力发展的大背景下,摩方精密积极发挥工业母机价值,推动各行业和产品的创新突破。例如公司成功生产了一种厚度最低可达40微米的强韧极薄氧化锆牙齿贴面,推动义齿修复从“有创”到“无创”的转变;研制出一种内含仿真毛细血管结构的新型生物培养皿(反应器),为新药开发以及精准医疗的突破带来巨大的价值,充分展示了其在精密制造领域的能力和潜力。其中,摩方精密牵头的“极薄强韧陶瓷义齿微立体光固化增材制造技术与装备”项目,获批立项科技部国家重点研发计划重点专项。在全球化战略的指导下,摩方精密已在国内布局了重庆、深圳、上海、北京、珠海、厦门、盐城等多个城市,并在东京、波士顿、圣地亚哥、伦敦和法兰克福设立了与国内协同运营的事业部、研发中心或销售办事处。摩方精密持续创新,迭代技术,丰富应用生态,不仅在设备销售和打印服务领域积累了丰富的产业和科研前沿信息,还通过覆盖全球的运营网络,形成了在数据收集与分析、客户需求洞察、市场动态监测等方面的领先优势。这些信息和数据的积累,使摩方精密具备了成为创新技术孵化场和产业变革助推器的实力。近年来,摩方精密有意识地与众多前沿企业、高校科研院所、地方政府等合作,发挥“产、学、研”转化优势,为不同学科/产业链提供新的技术支持和解决方案,协调促进技术与产业链深度融合,探索孵化可量产的创新终端产品,助力工业生产的精度、效率和可靠性不断提升,为地方产业和经济高质量发展增益添彩。在全球科技竞争日益激烈的背景下,未来,摩方精密将秉承创新精神,继续致力于推动高精度增材制造技术的创新与应用,将领先的工业级超精密增材制造技术能力赋能各行各业小型、精密、复杂化的应用产品,助力更多行业实现工业生产的精密化和智能化转型,推动中国制造走向世界,为全球技术进步和商业发展贡献更多力量。

企业动态

2024.08.23

浙江大学、四川大学华西口腔医院等团队《AFM》:仿生珊瑚的3D打印中空微针实现感染性创伤的智能响应治

由于表皮创伤的普遍性和复杂性,许多伤口因处理不当、治疗不及时、基础疾病干扰等发展为慢性感染伤口,每年有超千万患者正遭受创口感染带来的困扰。在慢性伤口中,细菌与免疫系统之间的反复战争将致使组织坏死/愈合交替发生,极易在痂壳或肉芽组织下滋生潜在感染。这类隐匿感染不仅难以被及时诊断,其表面覆盖的痂壳也阻碍了抗菌药物的进入,增加了伤口治疗的难度。因此,针对这类伤口内感染,其治疗方案的关键在于:如何有效识别内部的隐匿感染、高效实现病灶的精准给药以及减少新生组织的二次损伤。据此,四川大学华西口腔医院万乾炳教授团队从尖角珊瑚的形态结构和生理特点中获得启发,依靠高精度生物3D打印技术开发了一种负载智能水凝胶的中空多孔微针贴片,用于慢性伤口内潜行感染的快速指示、智能给药、微创治疗。相关工作 “Coral-inspired Hollow Microneedle Patch with Smart Sensor Therapy for Wound Infection” 发表于《Advanced Functional Materials》。浙江大学机械工程学院贺永教授,四川大学华西口腔医院朱舟副教授为该论文的通讯作者,四川大学华西口腔医院刘艳华博士为第一作者。图1 珊瑚仿生微针的结构解析和应用模式高精度3D打印,助力微针制造及水凝胶加载模仿尖角珊瑚多孔而坚硬的珊瑚礁壳,研究团队首先确定了微针尖锐、多孔、中空的外形,保证其能够穿透痂壳及肉芽组织。载药智能水凝胶被灌注进入微针内部的空腔中,并借由微针表面的开孔均与外界连通,以帮助微针毛细吸收并储存所接触到的感染组织液。为保证微针具有强韧的机械性能,研究团队选择了生物相容性良好、机械强度较高、遇水不溶胀的聚己内酯类材料作为基材,通过甲基丙烯酰化改性使其满足光固化3D打印的制造需求。通过摩方精密高精度3D打印(nanoArch® S130,精度:2 μm),将中空的微针阵列及其内部内贯通孔道直接打印成型,每一根微针都具有完全标化的外型尺寸和内部空间,且微针表面都具有形状规则的方孔开窗以及用于放大毛细作用的凹槽导流道。微针内空腔同时也是智能水凝胶的容纳空间:微针外壳打印完成后,通过其背部的孔道阵列,将负载抗生素的甲基丙烯酰化肝素复合水凝胶灌注入微针内腔,光交联固化后再冻干即可获得完整的智能微针贴片。图2 珊瑚仿生微针的制造流程及形貌等表征2. 诊疗一体水凝胶,实现感染可视化指示和自适应治疗微针贴片对伤口内感染的快速指示感知和有序抗菌治疗依赖于微针内部所加载的载药智能水凝胶。与珊瑚休眠过程类似,当未被激活时,微针内部的水凝胶呈干燥状态而不具有释药能力。当微针刺入组织内并同时吸收到感染性渗出液时,疏松多孔的智能水凝胶将快速潮化并激活。该水凝胶将首先对脓液不同pH进行显色,以指示伤口内细菌感染的阶段并自适应地进行药物控释:若处于早期爆发阶段,吸收酸性渗出液的智能水凝胶将快速降解以快速释放足量药物对抗感染;若处于迟发不愈阶段,吸收碱性渗出液的水凝胶则会延缓自身降解时间以缓释治疗。此外,微针内智能水凝胶还能感知伤口好转/渗出液减少的过程,逐渐放慢甚至停止药物释放。图3 珊瑚仿生微针对所吸收渗出液的指示功能及药物控释行为3. 应用检验与探索为评估治疗效果,该仿生微针首先被用于直接对抗感染性细菌的生长。在体外抗菌治疗效果检验中,仿生微针贴片表现出了优异的抗菌能力,能够有效杀伤常见的感染性细菌。图4 珊瑚仿生微针的体外抗菌效果在体内感染伤口的实际治疗应用中,仿生微针贴片也展示出了符合预期的感染指示和治疗效果。微针应用于慢性伤口治疗,能够有效刺穿痂壳或肉芽组织进入伤口内部,并对伤口内有无过量渗出液以及渗出液性质进行可视化指示。当应用于无感染伤口时,由于没有过量渗出液的激活,微针贴片背部指示凝胶处于休眠状态,意味着此类伤口无需额外抗菌治疗。当应用于慢性感染伤口时,吸收碱性渗出液的微针被激活并变色显示,此时微针应当被保留于伤口区域发挥抗菌作用。实验显示,加载有完整智能水凝胶的微针贴片能够有效遏制伤口痂壳下的潜行感染,并显著加速伤口的愈合进程。图5 珊瑚仿生微针对感染性伤口的指示和治疗效果

应用实例

2024.08.23

微纳3D打印:有效提升新材料研发能力及产业创新能力

近年来,依托大数据、云计算、人工智能等先进技术快速发展,新材料产业已成为战略性、基础性产业,是未来高新技术产业发展的基石和先导。如今,新材料技术与纳米技术、生物技术、信息技术相互融合,结构功能一体化、功能材料智能化趋势明显,精密、低碳、高性能、绿色、可再生循环等环境友好特性倍受关注。01新材料行业现状新材料是指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料。目前,前沿新材料主要包括硼墨烯材料、过渡金属硫化物、陶瓷复合物、3D打印材料、仿生塑料等,加快布局前沿新材料已成为我国的重大战略之一。新材料分类新材料领域是关系国家安全和发展大局的战略性、基础性、先导性行业,保持着平稳良好的发展势头。根据Precedence Research的统计,2022年全球新材料市场规模为613.5亿美元,预计到2032年将达到1127亿美元左右,从2023年到2032年的年复合增长率可达6.27%,产业规模快速增长、创新能力显著提升。02 3D打印催化创新材料开发目前,探索新材料3D打印已经成为一种新的趋势,有望突破传统复合材料成型的限制,带来新材料制件领域的成本大幅度降低和时间大幅度缩短的变革。摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)高精密3D打印技术为提高新材料样件制造效率、降低制造成本提供多样化创新性解决方案。①聚合物衍生SiOC陶瓷南方科技大学葛锜/王荣团队开发了一种具有超高打印精度和高陶瓷产率的PCP前驱体,采用摩方精密nanoArch® S130(精度:2 μm)和microArch® S240(精度:10 μm)3D打印设备,制备了尺寸从亚毫米到厘米的多种复杂三维结构,打印精度高达5μm。PCP前驱体在1100℃真空热解后转化为SiOC陶瓷,陶瓷产率高达56.9%。超高打印精度、优秀的比强度、高陶瓷产率以及复杂高精度零部件的可加工性能,这些特性可极大的促进PDC陶瓷在工程领域和极端环境中的应用。②柔性压电陶瓷复合材料北京理工大学李营团队研究了一种新型的柔性压电陶瓷复合材料 (FPCCs),旨在解决 FPCCs 制备精度低和难以同时提升压电性能和柔韧性的问题。首先通过配置柔性树脂基体和采用表面功能化处理压电陶瓷颗粒,实现了 FPCCs 柔韧性和压电性能的协同提升。其次,团队利用nanoArch® S140(精度:10 μm)制备了体心立方(BCC)结构,添加了不影响压电性能的光吸收剂 TiO2,显著提高了3D打印精度。最终制备的 FPCCs 具有高精度、高柔韧性和良好的压电性能,为 FPCCs 的多功能应用拓展了新的研究方向。③熔融石英玻璃香港理工大学3D打印中心温燮文教授联合香港大学机械工程系陆洋教授,提出了一种通过摩方精密PμSL 3D打印技术制备同时具有亚微米特征及毫米/厘米级尺寸的熔融石英玻璃三维构件的方法。熔融石英玻璃三维微纳样品由摩方精密2 μm精度的nanoArch® P130超高精密3D打印系统制备,通过结合PμSL 3D打印灵活地创建具有复杂的三维亚微米结构的高性能透明熔融石英玻璃,其分辨率、构建速度及成型幅面均超越了目前大多数其他3D打印玻璃技术几个数量级。④树脂微加工玻碳新加坡南洋理工大学胡晓教授团队报道了新型可光固化的邻苯二甲腈(PN)单体并制备了可3D打印树脂,通过PμSL 3D打印技术以及固化热解处理,成功实现了玻璃碳(Glassy Carbon)的精密微加工。在他们的工作中,研究者首先合成了可光固化PN单体并溶解在溶液中配成可打印树脂,然后利用PμSL技术,并采用nanoArch® S140 (精度:10 µm)3D打印设备将得到的树脂打印成型具有微米分辨率的3D结构。此方法为推进玻璃碳在医疗工具、电化学器件、精密微成型设备,以及在能源和航空航天技术中的应用提供了一个新的设计思路。⑤3D打印生物墨水南方医科大学口腔医院于光涛等人联合深圳湾实验室饶浪教授课题组设计开发了一种3D打印生物墨水用于牙周炎源性骨缺损修复,该生物墨水由EPLGMA为主体并装载干细胞和细胞囊泡用于发挥抗菌抗炎促成骨功能。摩方精密microArch® S230(精度:2 μm)打印了以EPLGMA为主体的仿生模板,结合模板法和光引发聚合合成了EPLGMA@PDLSCs@MDCSs-MV(EPM)。⑥高强韧水凝胶上海交通大学林秋宁研究员/朱麟勇教授课题组提出一种全新的、广泛适用的水凝胶交联技术。基于该技术,常规的水溶性高分子如聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、多糖等,仅需数秒光照即可形成既强又韧的水凝胶材料,几乎颠覆了水凝胶的制备与力学属性。该水凝胶材料能够循环拉伸超过10万次,团队利用摩方精密nanoArch® P140(精度:10 μm)设备,充分验证了水凝胶技术的优势与典型应用。该技术的提出,意味着高强韧水凝胶材料的制备将从此变得轻而易举,赋予水凝胶生物医用广阔的想象空间。目前,我国新材料产业发展在全球范围内仍处于跟跑阶段,亟须从顶层谋划、颠覆性技术开发应用、基础设施建设和优化发展生态等方面发力,加快推动我国新材料产业数智化发展进程。摩方精密始终致力于提供高精密、高公差控制、高质量、高标准的技术支持与服务,加强“产学研医”协同以及提升自主创新能力等措施,推动新材料产业的健康、有序和可持续发展,为我国产业结构的优化升级和经济的高质量发展提供有力支撑。

应用实例

2024.08.21

微纳3D打印:赋能脑机接口,建立人脑与世界的高带宽连接

随着数字化、网络化、智能化为核心的新时代来临,脑机接口技术已跃升为全球主要经济体竞相布局的关键领域,旨在催生经济发展的新引擎,并构筑起国际竞争的新高地。与传统制造方法相比,3D打印可以显著降低脑机接口技术的生产成本,快速推动原型制作和测试迭代,加速脑机接口技术的创新和改进,为其在人工智能、生物医疗、疾病康复、增强现实和虚拟现实等领域的应用提供了新的可能性。现状与趋势-技术引领发展 创新赋能未来脑机接口技术是指通过在人脑神经与电子或者机械设备间建立直接连接通路,来实现神经系统和外部设备间信息交互与功能整合的技术。典型的脑机接口系统一般分为四部分,即脑电信号的采集,脑电信号的分析,依据脑电信号控制实施的行为,以及外界的反馈。其中的关键核心技术包括采集脑电信号的电极、神经接口芯片、信号解码等一系列前沿科技。根据Grand View Research数据表明,2023年全球脑机接口的市场规模已达到20亿美元,并预计从2024年至2030年将以17.8%的年复合增长率快速增长。随着神经假体设备的疾病流行率的增加、全球老年人口基数的上升,庞大的患者群体基数带动需求扩张,政策上大力支持脑科学与类脑研究的发展,技术上“产学研医”紧密协同,脑机接口行业在多因素促进下有望迈入发展快车道。在传统制造技术面临挑战的背景下,3D打印不仅能够实现复杂电极的精确制造,显著降低生产成本,快速原型制作和设计迭代,为研究人员提供了一个高效的平台,使他们能够迅速地进行设计测试和优化,从而加速脑机接口技术的创新与改进。这种灵活性和快速响应能力,对于不断发展的脑机接口领域来说,无疑是推动其技术进步的关键因素。Exaddon AG,作为一家专注于微纳金属增材制造(µAM)技术创新性解决方案提供商,其CERES 3D打印系统可实现在室温条件下直接生产和修复微纳金属物体,且整个过程无需任何后处理步骤。该技术的应用之一,便是制造用于脑机接口的微型电极,这些电极旨在植入大脑,实现外部计算能力与大脑的直接连接。这一突破性的应用为帕金森病或阿尔茨海默症等严重神经退行性疾病患者的生活质量改善提供了可能性,通过精准的神经信号读取和调控,助力于恢复或增强他们的认知与运动功能。Exaddon AG的CERES系统凭借其基于电化学沉积的金属增材制造技术(μAM),不仅确保了金属电极的高导电性和优异的生物相容性,为植入设备提供了关键保障,而且赋予了电极微观结构设计超高灵活性,使得研究人员能够根据需求定制电极,以优化提高与生物组织的互动及信号采集效率。高纵横比:直接在预图案化轨迹或接触垫上以微米级精度打印高宽比(100:1)的结构。铜或金微柱:在室温下通过局部电沉积打印高导电性纯金属针和柱,打印后可对柱进行涂覆。挑战与未来-原创技术赋能 突破研发壁垒当然,脑机接口技术并非简单的即插即用,涉及到可植入技术,通常称为皮层电图(ECoG),直接贴合大脑表面,提供比外部电极更为精确的信息。然而,其安装过程相对复杂,需要能够从大脑传导电信号的生物相容微型电极,这些电极必须足够精密微小,以便能够长期稳定地植入体内。其中“μECoG”技术(微型电极),是近期的一项重大创新,正以迅猛的速度逐步成为领域内的关注焦点。现有可植入技术的关键局限性之一是“传统硬质电子材料与人体动态、柔软且弯曲的特性之间的机械不匹配”。这种不匹配引发了使用者在长期使用设备时对舒适度和耐久性的担忧。同时,为了实现高保真信号传导,所用材料必须具备优异的导电性,这在非金属材料中尤其具有挑战性。目前的技术方案主要依赖于金或铂电极,而基底材料的选择涵盖了铱、铂、聚酰亚胺、金等。为了解决这一问题,研究人员研发了一种具有微柱阵列的柔性基底。Malliaras等研究者利用Exaddon独特的μAM技术开发了一种PEDOT:PSS微针阵列,其电极覆盖区域为10 × 10 µm²,电极间的中心距离为60 µm。这些创新的研究成果不仅为神经科学和生物医学工程领域提供了新的思路,而且有望在未来为脑机接口技术的进一步发展奠定坚实的基础。精细间距阵列:间距可以根据需要定制。图像:40 x 40阵列,由直径1.6 μm的铜柱组成,以25 μm的间距打印,总共1600根微柱。瑞士Exaddon AG已与摩方精密建立长期战略合作伙伴关系。根据协议,摩方精密作为Exaddon AG中国市场的官方服务提供商及主要推广合作伙伴,专注于推广微纳金属3D打印技术,提供设备支持并拓展市场。双方共同致力于将微纳3D打印技术广泛应用于人工智能、脑机接口、生物医药、半导体封装与测试等多个领域,共同推动技术革新与产业进步。

应用实例

2024.08.19

微纳3D打印在北卡罗来纳大学医疗创新中的应用

1789年创立的北卡罗来纳大学(UNC),作为美国公立高等教育的先驱,科研实力雄踞全国前列。在医学创新的征途上,UNC稳居前沿,利用微纳3D打印技术开发创新性生物医疗解决方案。在生物医学工程联合部门,Roger Narayan教授及其团队选择了摩方精密的面投影微立体光刻(PµSL)3D打印技术(nanoArch® S130,精度:2 μm),应用于pH值传感、组织间液提取、5-HT感应等多项科研挑战。在这些精细化的应用中,分辨率、准确性与精密度成为至关重要的考量标准,而这正是传统制造工艺所难以触及的高度。01 基于微针技术的比色pH传感贴片在生物过程的复杂网络中,pH值发挥着至关重要的作用,它不仅左右着营养的代谢水平,还影响着伤口的愈合速率和物质的化学行为。鉴于此,食品工业与医疗保健界正日益重视开发低成本的光学pH传感器,旨在应用于肉类腐败的检测和伤口健康状况的监控等关键领域。为了响应这一迫切需求,Narayan团队精心研制出一种基于机器学习技术的微针比色pH传感贴片。这款创新性的贴片旨在实现双重目标:一方面监测食品质量,另一方面评估伤口健康状况。经过一系列严谨的体外实验验证,研究成果证实了微针比色pH传感贴片的高效性。实验数据清晰地表明,该贴片在伤口pH监测和肉类腐败检测方面表现出了卓越的性能。通过借助摩方精密的高精密3D打印机,该团队成功生产出了分辨率高达2-25 μm的精密零部件,从而实现了微针的精细化和精确化制造。这种高精度的制造能力对于pH传感设备的研发至关重要。这种集多功能与成本效益于一身的pH传感贴片的开发,对于医疗保健和食品行业具有深远的影响。它不仅为食品安全的保障和伤口护理管理的提升提供了切实可行的技术支持,更是为促进整体健康水平的提高做出了显著贡献。图1. 微针比色pH传感贴片制造过程的示意图。(a)制造pH传感贴片所使用的不同组件视图。(b)基于微针阵列的pH传感贴片逐步(i-vi)制造过程。(c)完全组装后的pH传感贴片的顶视图和底视图。02 微针阵列用于组织间液提取与监测在近期的一项研究中,UNC的研究团队深入探讨了多种组织间液(ISF)的采集机制,涵盖了扩散、真空对流、毛细作用、渗透(利用水凝胶)以及空心微针(MN)阵列等多种方法。研究发现,ISF的流动速率受到对流力的影响而有所差异,技术效率的排序为:扩散 面对这些挑战,Narayan团队开创性地开发了一种基于3D打印MN阵列的即时护理微尺度设备,旨在高效提取ISF并进行分析物监测。该设备采用压力驱动的对流方式,有效地实现了ISF的提取。集成化的MN设备成功地收集到了足够的ISF体积(3.0 μL),为后续的分析工作提供了保障。MN的倾斜设计显著提高了针尖处表皮层的拉伸,有效避免了皮肤在针尖附近的折叠,从而提升了皮肤的穿透效率。UNC团队的目标是打造出高度介于500 μm至1.4 mm之间的微针,而摩方精密的高精密3D打印技术成为了实现这一目标的关键,它是唯一能够满足这些微针在准确性和精度上要求的先进技术。这款基于3D打印MN阵列的设备标志着ISF提取和监测技术的一大飞跃。其高效性和用户友好的设计为即时护理应用开辟了广阔的前景,显著提升了临床环境中ISF收集与分析的精确度和便捷性。图2. MN阵列的光学图像。a) 方形板和b) 帽。扫描电镜(SEM)显微图像:c) MN阵列,d) MN尖端,e) MN斜视图。Keyence激光扫描光学显微镜3D图像:f) MN,以及MN尺寸的图表展示,图中为针高度(y轴)与针宽度(x轴)之间的关系。使用MN阵列穿刺的猪皮(台盼蓝染色)的光学图像,MN高度分别为:h) 750 μm,i) 800 μm,j) 900 μm,k) 950 μm。03 碳纤维集成多接触电极用于5-HT感测为了应对所面临的挑战,UNC的研究团队成功研发了一种专用于5-HT感测的碳纤维集成多接触电极(MCCFEs)配置。该MCCFEs的独特之处在于其采用了灵活且高密度的布局,每个电极均保持独立,成功克服了先前设计的局限性。MCCFEs具备众多的电活性位点、适当的抗拉强度以及良好的化学稳定性,这些特性对于基于纤维平台的电化学感测效率至关重要。通过初始的超声波处理,团队诱导了碳纤维的空化,促进了其光滑碳质层的剥离,从而显著提升了电极界面的性能,例如增强了电解质的渗透性。MCCFEs的开发标志着电化学感测技术的一个里程碑。其设计的改进和功能的增强,为进行更精确、更可靠的分析物检测开辟了新的可能性,为科学和医学领域的进一步应用奠定了坚实的基石。图3. (A) CAD模型(a-c)和3D图案阵列的数字图像(d-f)。(B) 3D阵列的柔韧性和可弯曲性评估(a-d)。(C) 钯负载及将纺丝碳纤维转换为生物传感电极的过程(a-e)。

应用实例

2024.08.16

南方科大郭传飞教授、香港大学方绚莱教授等人《PNAS》:基于数据驱动的柔性压力传感器逆向设计

柔性压力传感器能够仿效人类皮肤的机械感受器,将触觉刺激转换为定量的电信号,在智能机器人、健康监测和人机接口等领域展现出广阔的应用前景。传统的传感器设计通常依赖于耗时的实验和模拟过程,通过正向结构-性能的设计路径逐步探索可能的解决方案。这种方式不仅耗费时间和资源,而且每次实验往往只能针对特定材料找到一个优化的结构,难以实现广泛的线性响应。相比之下,逆向设计方法则从预期的输出特性入手,推导出所需的输入参数,理论上能够更高效地达到目标功能。然而,传感器的应用场景和设计需求多样复杂,导致常规依赖大量数据的设计方法难以有效执行(如图1)。因此,如何减少所需的数据量并实现高效的逆向设计,成为推动柔性压力传感器领域发展的关键问题。图1 柔性压力传感器正向与逆向设计方法示意图为了克服这些挑战,南方科技大学郭传飞教授、香港大学方绚莱教授研究团队合作提出了一种高效的逆向设计方法,通过引入降阶模型来限制设计范围,并提出了“跳跃选择”方法以提高数据筛选效率。相关成果以“Data-driven inverse design of flexible pressure sensors”为题发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。这项研究的主要贡献者包括刘之光、蔡旻堃、洪申达、石君利等人。通讯作者为南方科大郭传飞教授和香港大学方绚莱教授。南方科技大学为该论文的第一通信单位。具体而言,降阶模型通过解析方法确定内部约束条件,避免了昂贵的实验和模拟,大幅降低了模型分析的成本。该方法通过限制设计范围,将设计空间缩小至原先的四分之一甚至更少,从而减少了数据需求量(如图2所示)。此外,“跳跃选择”方法通过训练代理模型来预测结构性能评分,并迭代更新数据集和模型,以六倍于传统随机选择的效率进行数据筛选,从而快速找到具有高线性响应的微结构设计方案(如图3所示)。图2 降阶模型(reduced order model)接触分析图3 跳跃选择(Jumping selection)方法通过应用这一高效的逆向设计方法,研究团队成功预测并实验证明了多种具备线性响应的柔性压力传感器微结构设计(如图4所示)。实验结果表明,这些传感器在动态和循环加载条件下表现出卓越的线性特性和灵敏度。尤其是,设计的线性传感器阵列在各种位置和加载条件下,均能输出与负载成正比的总电容信号,从而大幅简化了数据处理的复杂性。图4 逆向设计方法预测的线性响应结构与实验验证团队采用摩方精密nanoArch®S130(精度:2 μm)3D打印设备,实现了所设计的复杂凸起结构模板的高精度打印(最小横向宽度:10 μm,高度范围:10~73 μm),并结合翻模技术制备了柔性PVA-H3PO4微结构离电功能层(图5)。图5 高精准度的3D打印树脂、PDMS、离子凝胶结构的显微镜照片此外,所设计结构的线性响应还能够应用于多种不同材料和测试条件,证明了该方法的广泛适用性和有效性,为智能机器人、高级医疗和人机接口等多种应用场景提供了器件设计的技术途径(如图6)。图6 多材料、多加载条件下的线性响应本研究得到了国家自然科学基金、广东省科技厅和深圳市科创局的支持。

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2024.08.16

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