微納3D打印：有效提升新材料研發(fā)能力及產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力

來源：摩方精密

近年來，依托大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等先進技術(shù)快速發(fā)展，新材料產(chǎn)業(yè)已成為戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo)。如今，新材料技術(shù)與納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)相互融合，結(jié)構(gòu)功能一體化、功能材料智能化趨勢明顯，精密、低碳、高性能、綠色、可再生循環(huán)等環(huán)境友好特性倍受關(guān)注。

新材料行業(yè)現(xiàn)狀
新材料是指新近發(fā)展或正在發(fā)展的具有優(yōu)異性能的結(jié)構(gòu)材料和有特殊性質(zhì)的功能材料。目前，前沿新材料主要包括硼墨烯材料、過渡金屬硫化物、陶瓷復(fù)合物、3D打印材料、仿生塑料等，加快布局前沿新材料已成為我國的重大戰(zhàn)略之一。

新材料分類（圖源：上海交通大學(xué)徐州新材料研究院）

新材料領(lǐng)域是關(guān)系國家安全和發(fā)展大局的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性行業(yè)，保持著平穩(wěn)良好的發(fā)展勢頭。根據(jù)Precedence Research的統(tǒng)計，2022年全球新材料市場規(guī)模為613.5億美元，預(yù)計到2032年將達到1127億美元左右，從2023年到2032年的年復(fù)合增長率可達6.27%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長、創(chuàng)新能力顯著提升。

3D打印催化創(chuàng)新材料開發(fā)
目前，探索新材料3D打印已經(jīng)成為一種新的趨勢，有望突破傳統(tǒng)復(fù)合材料成型的限制，帶來新材料制件領(lǐng)域的成本大幅度降低和時間大幅度縮短的變革。摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）高精密3D打印技術(shù)為提高新材料樣件制造效率、降低制造成本提供多樣化創(chuàng)新性解決方案。


聚合物衍生SiOC陶瓷
南方科技大學(xué)葛锜/王榮團隊開發(fā)了一種具有超高打印精度和高陶瓷產(chǎn)率的PCP前驅(qū)體，采用摩方精密nanoArch® S130（精度：2 μm）和microArch® S240（精度：10 μm）3D打印設(shè)備，制備了尺寸從亞毫米到厘米的多種復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，打印精度高達5μm。PCP前驅(qū)體在1100℃真空熱解后轉(zhuǎn)化為SiOC陶瓷，陶瓷產(chǎn)率高達56.9%。

超高打印精度、優(yōu)秀的比強度、高陶瓷產(chǎn)率以及復(fù)雜高精度零部件的可加工性能，這些特性可極大的促進PDC陶瓷在工程領(lǐng)域和極端環(huán)境中的應(yīng)用。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103889

柔性壓電陶瓷復(fù)合材料
北京理工大學(xué)李營團隊研究了一種新型的柔性壓電陶瓷復(fù)合材料 (FPCCs)，旨在解決 FPCCs 制備精度低和難以同時提升壓電性能和柔韌性的問題。首先通過配置柔性樹脂基體和采用表面功能化處理壓電陶瓷顆粒，實現(xiàn)了 FPCCs 柔韌性和壓電性能的協(xié)同提升。其次，團隊利用nanoArch® S140（精度：10 μm）制備了體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)，添加了不影響壓電性能的光吸收劑 TiO2，顯著提高了3D打印精度。最終制備的 FPCCs 具有高精度、高柔韌性和良好的壓電性能，為 FPCCs 的多功能應(yīng)用拓展了新的研究方向。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.087

熔融石英玻璃
香港理工大學(xué)3D打印中心溫燮文教授聯(lián)合香港大學(xué)機械工程系陸洋教授，提出了一種通過摩方精密PμSL 3D打印技術(shù)制備同時具有亞微米特征及毫米/厘米級尺寸的熔融石英玻璃三維構(gòu)件的方法。熔融石英玻璃三維微納樣品由摩方精密2 μm精度的nanoArch® P130超高精密3D打印系統(tǒng)制備，通過結(jié)合PμSL 3D打印靈活地創(chuàng)建具有復(fù)雜的三維亞微米結(jié)構(gòu)的高性能透明熔融石英玻璃，其分辨率、構(gòu)建速度及成型幅面均超越了目前大多數(shù)其他3D打印玻璃技術(shù)幾個數(shù)量級。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46929-x

樹脂微加工玻碳
新加坡南洋理工大學(xué)胡曉教授團隊報道了新型可光固化的鄰苯二甲腈（PN）單體并制備了可3D打印樹脂，通過PμSL 3D打印技術(shù)以及固化熱解處理，成功實現(xiàn)了玻璃碳（Glassy Carbon）的精密微加工。在他們的工作中，研究者首先合成了可光固化PN單體并溶解在溶液中配成可打印樹脂，然后利用PμSL技術(shù)，并采用nanoArch® S140 （精度：10 µm）3D打印設(shè)備將得到的樹脂打印成型具有微米分辨率的3D結(jié)構(gòu)。

此方法為推進玻璃碳在醫(yī)療工具、電化學(xué)器件、精密微成型設(shè)備，以及在能源和航空航天技術(shù)中的應(yīng)用提供了一個新的設(shè)計思路。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104053

3D打印生物墨水
南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院于光濤等人聯(lián)合深圳灣實驗室饒浪教授課題組設(shè)計開發(fā)了一種3D打印生物墨水用于牙周炎源性骨缺損修復(fù)，該生物墨水由EPLGMA為主體并裝載干細胞和細胞囊泡用于發(fā)揮抗菌抗炎促成骨功能。摩方精密microArch® S230（精度：2 μm）打印了以EPLGMA為主體的仿生模板，結(jié)合模板法和光引發(fā)聚合合成了EPLGMA@PDLSCs@MDCSs-MV(EPM)。

原文鏈接：https://doi.org/10.1088/1758-5090/ad2081

高強韌水凝膠
上海交通大學(xué)林秋寧研究員/朱麟勇教授課題組提出一種全新的、廣泛適用的水凝膠交聯(lián)技術(shù)�；�于該技術(shù)，常規(guī)的水溶性高分子如聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、多糖等，僅需數(shù)秒光照即可形成既強又韌的水凝膠材料，幾乎顛覆了水凝膠的制備與力學(xué)屬性。該水凝膠材料能夠循環(huán)拉伸超過10萬次，團隊利用摩方精密nanoArch® P140（精度：10 μm）設(shè)備，充分驗證了水凝膠技術(shù)的優(yōu)勢與典型應(yīng)用。

該技術(shù)的提出，意味著高強韌水凝膠材料的制備將從此變得輕而易舉，賦予水凝膠生物醫(yī)用廣闊的想象空間。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01648-4

目前，我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展在全球范圍內(nèi)仍處于跟跑階段，亟須從頂層謀劃、顛覆性技術(shù)開發(fā)應(yīng)用、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和優(yōu)化發(fā)展生態(tài)等方面發(fā)力，加快推動我國新材料產(chǎn)業(yè)數(shù)智化發(fā)展進程。

摩方精密始終致力于提供高精密、高公差控制、高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)支持與服務(wù)，加強“產(chǎn)學(xué)研醫(yī)”協(xié)同以及提升自主創(chuàng)新能力等措施，推動新材料產(chǎn)業(yè)的健康、有序和可持續(xù)發(fā)展，為我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級和經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。