CADworks3D推出ProFluidics 285D：多應(yīng)用微流體 3D 打印機(jī)

2023年9月18日，南極熊獲悉，加拿大3D打印機(jī)制造商和3D材料開發(fā)商CADworks3D推出了一款專為微流體應(yīng)用設(shè)計(jì)的高精度DLP 3D打印機(jī)：ProFluidics 285D。這種革命性的機(jī)器重塑了研究人員對微流體器件制造的思考方式，并為昂貴、耗時(shí)耗力的傳統(tǒng)制造技術(shù)提供了一種新的替代解決方案。

相反，ProFluidics 285D開辟了簡化且易于實(shí)施的工作流程。它是一種多功能機(jī)器，一臺 3D 打印機(jī)可以生產(chǎn)各種微流體器件，例如具有封裝功能的透明器件、PDMS 器件的母模以及生物相容性器件或結(jié)構(gòu)。搭配上 CADworks3D 的 3D打印材料系列，研究人員可以可靠地生產(chǎn) 100μm 通道，甚至更小，具體要取決于設(shè)備的設(shè)計(jì)。

ProFluidics 285D 的設(shè)計(jì)人員表示：“CADworks3D 的最終目標(biāo)是通過為微流體研究人員提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于采用且多功能的 3D 打印系統(tǒng)來增強(qiáng)他們的能力，而且所有這些都不會犧牲高分辨率打印質(zhì)量�！�

△圖 A. ProFluidics 285D 的技術(shù)規(guī)格。 圖片來自 CADworks3D。

標(biāo)準(zhǔn) DLP 3D 打印如何工作？

數(shù)字光處理 (DLP) 是聚合 3D 打印或樹脂 3D 打印中最常用的技術(shù)之一，可將數(shù)字計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 轉(zhuǎn)化為可用的 3D 對象。這項(xiàng)技術(shù)的支柱是數(shù)字投影儀，它將紫外線照射到稱為數(shù)字微鏡設(shè)備 (DMD) 的微鏡陣列上。這些鏡子將紫外線反射到一層光敏樹脂上，并使其固化成要打印的物體的形狀。這個(gè)過程逐層重復(fù)，直到創(chuàng)建整個(gè)對象。（見圖 B，左側(cè)）。

CAD 文件被分割成多個(gè)層，類似于CT 掃描的切片。每層進(jìn)一步分為像素網(wǎng)格，每個(gè)像素對應(yīng)于 DMD 中的一個(gè)單獨(dú)的鏡子。打印圖層時(shí)，投影儀會激活與構(gòu)建 CAD 文件所需的像素相對應(yīng)的鏡子。當(dāng)鏡子被激活時(shí)，它們將紫外線反射到液體樹脂上，并將其精確地固化在像素上。當(dāng)鏡子停用時(shí)，它們不會發(fā)光，從而使這些樹脂區(qū)域未固化。（參見圖 B 右側(cè)）投影像素尺寸以微米 (μm) 表示，與打印機(jī)技術(shù)規(guī)格中列出的 XY 分辨率一致。

△圖 B.DLP 3D 打印技術(shù)工作原理的描述。 圖片來自 CADworks3D。

ProFluidics 285D 如何超越標(biāo)準(zhǔn) DLP 3D 打印：打印極其平滑的曲線和形狀

當(dāng) CAD 文件的某些部分平分像素時(shí)會發(fā)生什么？標(biāo)準(zhǔn) DLP 打印機(jī)將評估設(shè)計(jì)覆蓋給定像素的程度，并使用二進(jìn)制舍入函數(shù)在打印過程中激活或停用整個(gè)像素。結(jié)果是設(shè)備表面具有明顯的方格圖案和階梯狀曲線（見圖 C，左側(cè)）。通常，設(shè)備最終會偏離原始 CAD 文件。

ProFluidics 285D 以其動態(tài)像素優(yōu)勢解決了這個(gè)問題。ProFluidics 285D 提供 28.5μm 的動態(tài) XY 分辨率，在精確解析設(shè)計(jì)特征方面（甚至是平分像素的設(shè)計(jì)特征）提供了顯著改進(jìn)。打印設(shè)備與預(yù)期設(shè)計(jì)非常相似，與現(xiàn)有可用平臺相比，立方體圖案和噪音的出現(xiàn)被最小化（見圖 C，右側(cè)）。借助這項(xiàng)技術(shù)，ProFluidics 285D 可以成功打印具有 180 度轉(zhuǎn)彎、復(fù)雜蛇形通道和其他復(fù)雜幾何形狀的特征。

△圖 C. 比較標(biāo)準(zhǔn) DLP 打印機(jī)和ProFluidics 285D 的打印結(jié)果。圖片來自 CADworks3D。

應(yīng)用 1：透明封裝設(shè)備

ProFluidics 285D 可以生產(chǎn)不同類別的微流體裝置，第一種是具有封裝通道和功能的透明裝置。

這些封裝通道的可行性和規(guī)模是這些設(shè)備的關(guān)鍵方面，借助 CADworks3D 的透明微流體樹脂，ProFluidics 285D 表現(xiàn)出色。只需一次打印作業(yè)即可制造器件，無需組裝多個(gè)部件，并且 XY 方向打印的封裝通道可精細(xì)至 80μm。研究人員還可以創(chuàng)建更多新穎的設(shè)計(jì)，結(jié)合 Z 高度的變化，例如螺旋線圈（見圖 D）。

后處理是一個(gè)快速而簡單的過程。根據(jù)設(shè)備的高度，打印即用設(shè)備的整個(gè)過程可以在一個(gè)多小時(shí)內(nèi)完成。無需表面涂層或拋光即可實(shí)現(xiàn)光學(xué)透明度，從而消除了其他方法和材料所需的幾個(gè)通常繁瑣的后處理步驟。透明微流體樹脂在熒光燈下呈惰性，使其適用于顯微鏡和成像。

△圖 D. 透明微流體裝置，具有 100μm 通道和圍繞一系列腔室的 200μm 螺旋線圈。 在 ProFluidics 285D 上打印。 圖片來自 CADworks3D。

應(yīng)用2：PDMS器件母模

當(dāng)使用光刻等傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)，母模的制造成本高昂、耗時(shí)且艱巨。ProFluidics285D 將主模具的制造從潔凈室轉(zhuǎn)移到工作臺一側(cè)，從而明顯加快了流程。研究人員能夠在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi) 3D 打印、清潔和固化主模具，并在一個(gè)工作日內(nèi)鑄造出 PDMS 設(shè)備并準(zhǔn)備好粘合到基材上。

借助 CADworks3D 的PDMS Device Resin 主模具，您可以打印通道寬度小至 50um 的模具。打印的模具展現(xiàn)出卓越的細(xì)節(jié)和光滑度，平均測量 Ra 值為 0.18μm。這些打印母模非常耐用，可以承受在烤箱中鑄造和固化 PDMS 所需的溫度，并且可以重復(fù)使用，從一個(gè)母模鑄造數(shù)百個(gè) PDMS 器件。

光聚合物樹脂經(jīng)過精心配制，無需任何脫模劑、涂層和其他預(yù)處理工藝即可成功清潔 PDMS 鑄件。此外，打印母版不會將任何化學(xué)物質(zhì)滲入到鑄造的 PDMS 上，因此所得的 PDMS 器件保留了其生物相容性。

△圖 E. 在 3D 打印母模中鑄造的PDMS 器件。 融合了 50μm-300μm 之間的多種設(shè)計(jì)特點(diǎn)； 來自蛇形通道、微球和孔。 在 ProFluidics 285D 上打印。 圖片來自 CADworks3D。

應(yīng)用 3：生物相容性設(shè)備和結(jié)構(gòu)

ProFluidics 285D 擴(kuò)展了生物相容性設(shè)備的主題，在開放材料系統(tǒng)上運(yùn)行，使用戶能夠使用第 3 方材料進(jìn)行打印。它裝有配備 385nm LED 光源的投影儀，因此，ProFluidics 285D 可以使用市場上提供的多種生物相容性 3D 樹脂進(jìn)行打印，用于生物支架等用途（見圖 F）。

3D 打印生物支架的一個(gè)獨(dú)特特性是能夠打印交錯的晶格結(jié)構(gòu)（見圖 G）。這創(chuàng)建了一個(gè)更加隨機(jī)的結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞能夠沿著偏差生長并促進(jìn)更均勻的生長分布。以Detax Freeprint Ortho Resin 為例，ProFluidics 285D 能夠在短短一個(gè)多小時(shí)內(nèi)打印生物支架，其支柱細(xì)至 100μm，間距范圍在 700μm-1400μm 之間。

△圖 F. 具有 100 µm 支柱且間距在700 µm-1400 µm 之間的生物支架。 在 ProFluidics 285D 上打印。 圖片來自 CADworks3D。

△圖 G. 構(gòu)成圖 F 中 3D 打印生物支架的交錯晶格的 3D 渲染。圖片來自 CADworks3D。

致力于推動微流體研究

現(xiàn)有的 3D 市場通常提供從其他行業(yè)重新利用的微流體解決方案，因此研究人員的需求和打印機(jī)的功能之間經(jīng)常存在差距或完全不匹配。微流體設(shè)備需要低于 100 微米的打印精度，而許多主流平臺無法提供所需的規(guī)�；蛸|(zhì)量。

CADworks3D 的ProFluidics285D和材料在配制時(shí)僅考慮了微流體應(yīng)用。它們共同為研究人員提供了完整的套件，滿足了對更精細(xì)打印特征的需求，封裝通道和開放通道的最小通道尺寸分別為 80μm 和 50μm。它支持新的創(chuàng)新工作流程，節(jié)省研究人員的時(shí)間、勞動力和金錢成本。只需幾個(gè)小時(shí)就可以生產(chǎn)三到五臺設(shè)備，每臺設(shè)備 5g，成本約為 2.05 美元 -2.55 美元。與傳統(tǒng)的制造方法或?qū)⒅圃焱獍�給第三方 3D 打印服務(wù)的成本相比，使用完整的內(nèi)部 3D 打印平臺的好處變得顯而易見。