一束光，展现3D打印的微观力量，附深度访谈

在从生命科学到电子学各行各业中，超高分辨率和精密零件通常是创新所必需的。

随着产品和技术变得越来越小，构成整体的零件的复杂性也随之增加。许多工程师和产品设计师正在转向3D打印来制造这些高精度的小型零件。与传统的模具相比，增材制造最近被证明是一个高效的选择。

这种新兴的增材制造方法可以以更快的速度、更低的成本，生产出传统工艺难以实现的微小、精密的零部件，正在推动制造业的一场「微观革命」。

微型3D打印通常是指制造尺寸在微米级别的零件，层厚可达5微米，分辨率高达2微米，甚至还有纳米级打印的实现。

这种超高的精度，使其在电子元件、芯片封装、微流体装置、药物输送系统、血管支架等领域大放异彩。而在奢侈品设计、航空航天、医疗器械等要求极高的行业，微型3D打印更是展现出巨大的应用前景。 

光固化与金属，多种工艺各显神通 

目前，微型3D打印主要采用光固化工艺，如微型立体光刻（μSLA）、投影微立体光刻（PμSL）等。通过紫外光聚合液态光敏树脂，可以快速、精准地「雕刻」出三维微结构。

两光子光刻（2PP/TPP）技术，则可实现纳米级的超高分辨率，在生物医学、微机电系统等尖端领域崭露头角。德国弗莱堡大学的科学家甚至用这种技术打印出了分辨率达1微米的微流控芯片。

微型3D打印的应用还在向多材料拓展。金属微型3D打印如激光微熔融（LMM）、微型激光烧结（μSLS）等，可以处理不锈钢、钛、铜等多种金属。

瑞士Exaddon公司开发的电化学沉积工艺，更是实现了无需后处理的金属微构件直接制造。这进一步拓宽了微型3D打印的应用场景，尤其是在医疗器械、高端电子等领域。

微型3D打印十二大应用领域

微型3D打印的应用领域非常广泛，从医疗器械到电子制造，从航空航天到奢侈品设计，都能找到它的身影。以下是微型3D打印的十二大应用领域：

1. 医疗器械：超细血管支架、个性化植入物等

2. 再生医学：人工耳蜗、人造眼角膜等微型植入物

3. 药物装置：个性化缓释药丸、药物输送系统

4. 微流体装置：微流体通道、反应腔，用于生化分析、药物筛选等

5. 芯片组件：直接在芯片上打印互联、散热等功能结构

6. 微机电系统（MEMS）：微型马达、执行器等

7. 微光电机械系统：集成光、机、电功能的微型系统，如微镜头驱动装置

8. 微光电子系统（MOES）：用于光互连、光计算的微纳光电子器件

9. 光学/光子学零件：微透镜、光栅、波导等精密光学零件

10. 电子元件：微型传感器、微型开关等

11. 微型模具：用于制造细微纹理和图案的塑料或金属模具

12. 奢侈品：定制化的高端手表、首饰等精细部件

    
    

其中，医疗相关的应用占据了前四位，足见微型3D打印技术在医疗健康领域的巨大潜力。从超精细的植入器械，到个性化的药物装置，再到用于生化分析的微流体装置，微型3D打印正在推动医学向更精准、更个性化的方向发展。

在电子制造领域，微型3D打印也大有可为。它可以直接在芯片上打印出复杂的三维结构，简化封装工艺；还可以制造出高度集成的微型机电系统和光电子系统。随着电子产品向着微型化、集成化方向发展，微型3D打印必将扮演越来越重要的角色。

此外，在光学、模具制造、奢侈品等领域，微型3D打印也找到了自己的一席之地。总的来看，这项技术正以其高精度、高自由度、高集成度的特点，为诸多行业的创新发展提供新的可能。在未来，随着技术的进一步成熟，微型3D打印的应用领域必将更加广阔。

BMF全球运营总裁John Kawola采访稿

采访人：Rob Spiegel；采访来源：Design News。

问：微尺度3D打印在生产零件方面有哪些优势？

John Kawola：多年来，创建模具进行原型制作是微小零件的唯一解决方案，但这种方法既耗时又昂贵。如今，许多行业和应用程序将增材制造用作按需原型制作和生产的经济高效选择，但它也允许工程师突破创新的界限。

我们的客户通常寻求一种精度水平，这是用传统制造方法（如机加工或模具）根本无法实现的。 

我们也开始开发一些我们认为我们的技术特别适合解决行业痛点的终端应用。例如，世界上最薄的美容牙贴面UltraThineer veneer，如果没有微尺度3D打印是不可能制造出来的。

问：请解释对具有与微尺度制造相关的精度和质量的大型零件的需求。

John Kawola：高精度不仅对微型零件很重要。随着产品设计的不断创新，对高精度和准确性零件的需求依然存在，无论零件的尺寸如何。虽然BMF通常与微型打印联系在一起，这是我们业务的核心，但我们也可以打印具有100 x 100 x 75mm构建区域的更大零件。我们专门建造了microArch S350平台，以满足那些需要高准确性和精度，但不需要我们其他系统的超高分辨率的市场需求。这是一个25μm的平台，可以使用工程级材料以更快的速度打印，使制造商能够不需要超高分辨率，但准确性和精度对他们很重要。

问：BMF是如何重新定义增材制造中尺寸的常规极限的？为什么这是必要的？ 

John Kawola：许多公司发现，零件越小，使用传统方法制造就越具有挑战性和成本。我们的PμSL技术利用光、可定制的光学系统、高质量的运动平台和受控的加工技术，生产出业界最准确、最精密的高分辨率3D打印件，用于产品开发、研究和工业短期生产。

在BMF，我们为超高精度应用提供先进的制造解决方案，因为我们看到各行业和产品开发的不同阶段（从原型到生产）都需要具有尺寸准确性和精度的微精密零件。

问：开发超高分辨率零件短期生产所需的自动化和速度需要什么？ 

John Kawola：通过3D打印获得高分辨率、准确性和精度的能力取决于多个因素。这些包括光学系统的分辨率、机器中机械系统的精度、曝光和产生的固化的控制、零件和所需支撑结构之间的相互作用，以及最后，零件的整体尺寸和在整个构建过程中控制公差的能力。

我们的每台打印机都具有有助于逐步重复过程的特点，可以生产具有高分辨率和受控加工技术的高精度物体。整个microArch系列还包括可定制的高分辨率光学系统和运动平台、实时图像监控、自动对焦和曝光补偿，以及具有简化界面和客户参数设置的操作软件。microArch 3D打印系统能够实现超高分辨率、大面积打印，用于工业原型制作和短期生产。

问：解释实现这一目标所需的硬件、软件和材料科学方面的改进。 

John Kawola：BMF的3D打印机使用PμSL技术，这是一种立体光刻（SLA）的形式，它结合了DLP®光引擎、精密光学系统、运动控制和高级软件。SLA使用光化学过程逐层生产零件。一种感光液体树脂暴露在光线下，从而发生聚合物交联和固化。使用PμSL技术时，一束紫外线（UV）光会导致整个树脂层的快速光聚合。

我们使用的PμSL工艺是自上而下的。自上而下的方案不仅最大限度地减少了所需的支撑结构的数量，而且还提供了一种方法，通过在透明膜上运行的刮刀来减少对小特征的损坏并去除气泡。由于通常重量轻的零件与树脂的浮力之间的相互作用，底面不需要支撑来固定在打印表面上，悬垂部分所需的支撑也很有限。来自BMF的PμSL系统可以实现高达2μm的XY分辨率，最小特征尺寸为10μm，尺寸公差小至+/- 10μm，该技术支持连续曝光以实现更快的处理。