微納3D打印能制造復雜、微細器件

傳統制造工藝在制造微接插件、內窺鏡用微鏡片等高度復雜、微細、結構精密的小器件時，面臨諸多棘手挑戰。這些器件都需要高端精密制造工藝，來創造精確的表面面型和復雜的內部結構，成本高昂。而現在，先進的微納3D打印技術能逾越這些障礙，使復雜部件的定制化更加容易，生產速度也更快。這也響應了精密制造在其他領域逐步增長的需要。

市場調研機構Technavio預計，全球3D打印服務市場在2021年前將以每年44%的速度增長。對精密制造需求的擴大，極大促進了3D打印服務的增長。例如，根據Transparency Market Research的預計，全球眼鏡市場2018年的年復合增長率（CAGR）將達3.7%，估值達1300億美元。

“許多制造難題如今可以在這一新興且低成本的生產方式中找到答案，微納3D打印器件的市場潛力可見一斑。”深圳摩方材料科技有限公司資深科學家、顧問委員會成員William Plummer博士評價道。摩方材料在美國波士頓及中國深圳同步運營，是一家專注于制造微納3D打印系統及材料的企業，也為使用其設備的公司提供定制化3D打印服務。

一些知名的3D打印初創企業，如Desktop Metal、Carbon，在市場中獲得了諸多關注，這些企業大多聚焦于大幅面的制造。但隨著3D打印技術快速發展，打印更精密、微細器件的能力進一步提高。

微納3D打印能制造復雜、精細的器件，這是3D打印技術優勢的最佳體現，或將顛覆精密器件制造業。今天，摩方材料等企業將這一技術帶到了新的高度，打印設備的精度能達微米/納米級別，并且有能力進行大產量制造。Plummer博士稱，摩方的優勢在于其設備精度極高，并且對材料和工藝有獨一無二的選擇：“摩方的精密3D打印技術能制造小型機械部件，如微型彈簧、特殊形狀的電子接插件，甚至能制造心血管支架這樣極為復雜、要求極高的醫療器件。”

技術原理

很少有像3D打印這樣技術的發展，尤其是微納3D打印，能如此激發公眾的無窮想象，啟發工程和藝術創造。3D打印的第一步是在數碼文件中創造一個實體三維模型。這并非一項新技術，但目前的進展使其能以更實用的方式，創造樣品原型、一次性器件，以及傳統鑄模和CNC（電腦數控）機床制造中成本過高、難以實現的項目。

摩方材料專有的技術稱為“PμLSE”（Projection Micro Litho Stereo Exposure），即“面投影微立體光刻”，原理很像微視頻顯示設備，系列圖像會通過縮影鏡頭連續投影到需固化的光敏樹脂上。縮小的圖像投聚在光敏樹脂上，紫外光會引起樹脂的固化或硬化的過程，這一過程也被稱為光致交聯。只有光照射的地方會固化、變硬，形成預設的3D形狀。所投影的圖案由三維圖像決定，是電腦生成的三維模型的橫截面。輔之獨特的后處理技術，摩方能制造各種產品，包括陶瓷和光學鏡片。

微納3D打印和“傳統”3D打印的主要區別在于，微納3D打印能達到“傳統”3D打印無法達到的高精度。微納3D打印的精度能達到細觀、微觀和納觀（即十億分之一米）級別。這一特性使得微納尺度3D打印能批量復制微小結構，制造真正處于微觀級別的器件，實現一般的3D打印無法企及的細節和精度。

近年來，3D打印行業發展迅速，如今消費者花200~500美元就能購買一臺3D打印機。但這些低端打印機和復雜的微納3D打印設備有很大的區別，而像摩方材料這種級別的公司可以通過制造和運用微納尺度3D打印設備，生產出不同種類的精密器件。

精密制造

2016年5月，摩方材料進入高精度微納3D打印市場。摩方源于麻省理工學院（MIT）納米光電及3D納米生產技術實驗室，公司的技術基于2014和2015年被《麻省理工科技評論》（MIT Technology Review）列入十大突破性技術的“微型3D打印”和“納米架構復合材料”。

新的制造尺度

賀曉寧稱，微納3D打印能實現的精密器件數不勝數，例如心血管支架、內窺鏡、特定的電子接插件等。目前，心血管支架復雜的內部結構需要用激光精加工完成。而3D打印使所需結構的成型更加容易，能實現更復雜的設計，并且和傳統加工方法比，成本大大降低。

如今，電子接插件體積越來越小，細節也更加復雜。微納3D打印技術讓工程師們能為接插件設計高精密的復雜結構和不規則的形狀。此外，賀曉寧說，摩方材料也接到了很多其他領域的打印訂單，包括精密陶瓷器件。

和所有新興技術一樣，微納3D打印正變得更加精密、功能更強大、成本更低。和同等精密水平的傳統工藝相比，微納3D打印不僅精度更出色，成本顯著降低，生產效率更高，制造方法也更加容易。

“全球高精密部件的市場需求龐大，利潤十分可觀。但很多時候，傳統技術完全發揮不上作用，”賀曉寧說。談及制造微器件的挑戰時，他借用了一句行話：“追求越極致，挑戰就越大。”

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