微纳金属3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-05-30 13:15 标签：

飞秒激光微纳3D打印新进展.PDF

仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室 北京 100190) (2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 机器人与3D 打印技术创新中心 重庆 400714) 梯度折射率光学(gradient-index optics)是光学 传統的球面透镜由于像差的存在无法实现光线 领域近年来蓬勃发展的研究分支之一，其研究的对 的理想聚焦( 图1) [1] 象是非均匀折射率介质中嘚光学现象 。发生于非 国内外关于GRIN 材料Luneburg 透镜的研究 均匀介质中的光学现象在自然界是一种普遍存在的 成果虽然已被大量报道但依然存在許多亟待解 客观物理现象。早在公元100年人们就己观察到 决的问题。传统的离子交换技术无法实现大折射 “海市蜃楼”、“沙漠神泉”等渏景都是由于大气 率差Δn 的GRIN 材料，通过微纳超材料(metama- 层折射率的局部不均匀变化对地面景色产生折射而 terials)结构实现GRIN 光学材料主要源于2006 年 出现嘚一种奇观通过对这些自然现象的观察、研 变换光学诞生所引发的研究热潮。当微纳超材料 究人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性鈳以导 的结构周期尺寸远小于波长，其结构可以视为具 [8] 致一些均匀介质所不具有的特异光学性能比如隐 有一定折射率的等效介质 。调节微纳结构的占 [23] [4] [5] 身斗篷 、光学 “黑洞” 、平板聚焦透镜 等。 空比可以得到复杂GRIN 介质。目前已报道的 利用材料折射率的梯度变化特性可設计和 基于微纳结构渐变折射率光学的Luneburg 透镜研 [9 ，10] 制作出物理表面看上去为平面的透镜或者制作 究及实验验证主

在我国经济进入新常态的背景下以3D打印等新兴技术为核心的智能制造在传统产业的转型升级和结构性调整中扮演十分重要的角色。3D打印技术与工业4.0战略相结合使更多資源要素和生产要素的整合变得更为方便快捷，将在未来智能制造过程中发挥重要的引领和支撑作用课题组主要聚焦于两种3D打印技术：

1 聚醚醚酮高温3D打印成型技术

骨缺损修复是当今医学基础研究与临床治疗的重点。修复材料的选择与造型成为其研究的关键之一现今聚醚醚酮（PEEK）因具有突出的生物兼容性、X射线可透射性、与人体骨骼相近的力学性能等性能优点，被认为是最具应用前景的人工骨材料之一聚醚醚酮材料虽具有优异的生物及理化性能，但是材料成型温度高导致成型时温度骤降易引起打印成型件收缩变形，造成成型件精度降低难以满足医疗个性化的精度要求。

图1 PEEK 高温3D打印成型设备示意图

课题组发展了封闭式高温成型腔体减小PEEK 3D打印试样的收缩变形。控制成型环境接近材料玻璃化温度避免成型温度骤降，从而提高成型件的形状精度同时采用倒扣式腔体结构，实现可拉伸性从而实现打印兩倍于腔体高度的PEEK试样。聚醚醚酮FDM成型工艺的工艺参数也会对材料的力学性质产生重要影响通过设计一系列正交的实验，系统考察喷头內径、成型温度、打印层厚等独立因素对于成型质量的影响并且通过工艺优化，使得PEEK试样的最高平均拉伸强度可达到74 MPa接近传统注塑成型零件的拉伸性能。

图2 PEEK材料拉伸试样断面的SEM图和模型样件

2 光固化3D打印技术

光固化3D打印技术（SLA）因成型精度高、速度快、易操作而实现了大規模的普及光固化立体成形（SLA与DLP技术）基于光敏树脂的光聚合原理，采用激光器发出的紫外强光使液态光敏树脂逐层固化最后堆积成彡维实体。为提高SLA 3D打印工艺的成型精度和速度先进材料设计实验室与美国FSL公司研发中心共同研发出具有独立知识产权的SLA 3D打印机（线成型）和DLP 3D打印机（面成型）。同时针对3D打印市场对不同颜色和不同力学性能的树脂的需求，先进材料设计实验室研发出多种颜色体系、柔性連续可调控、以及可以水洗的各种功能树脂配方综合性能优良，成功实现了产业化

图3 联合研发的SLA/DLP 3D打印机及打印件实物

课题组在3D打印相關的研究成果

[1] 史长春, 胡镔, 陈定方, 陈蓉, 单斌. 聚醚醚酮3D打印成型工艺的仿真和实验研究[J]. 中国机械工程, 2017.

[3] 胡镔, 胡万里, 史长春, 等. 基于多物理场耦合的高温FDM喷嘴热—应力仿真分析南昌工程学院学报, ):71-73.

[4] 高玉乐, 单斌, 史长春, 等. 基于3D打印技术的柔性电子电路的快速成型工艺研究. 印刷电路信息, -8+23.

[5] 单斌, 王遠伟, 陈蓉, 高玉乐, 史长春. 一种用于3D打印的可调节防漏液双喷头结构(ZL.2)

[6] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL.1)

[7] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL.X)

[8] 单斌，史长春陈蓉，陈双竹鹏辉，何文杰高玉乐. 一种3D打印恒温成型腔体(.0)

[9] 单斌，史长春陈蓉，胡镔陈双，高玉乐董德超. 一种可升降耐高温3D打印喷头装置(.6)

[10] 单斌, 史长春, 王建明, 高涛, 甘勇, 高玉乐. 一种3D打印机喷头装置(.3)

[11] 单斌, 胡校斌, 高涛, 史长春, 张森. 一种3D打印机平台调平装置(.X)

[13] 陈蓉, 高玉乐, 单斌, 史长春, 董德超, 陈安南, 林骥龙. 一种可升降式注射挤出3D打印机构(2)

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