Sistema de impressão 3DÉ um equipamento avançado de fabricação aditiva capaz de alcançar a fabricação de estruturas tridimensionais de alta precisão em escala de micrônicos e até nanométricos, amplamente utilizado em pesquisas científicas de ponta e fabricação de alta dimensão, como microeletrônica, fotônica, biomédica, sistemas microeletromecânicos (MEMS), supermateriais e nanodispositivos. O sistema ultrapassa as limitações das técnicas de processamento tradicionais em termos de estruturas complexas, pequenos tamanhos e diversidade de materiais, permitindo a fabricação de precisão "de baixo para cima".
Geralmente é composto por plataformas ópticas de alta estabilidade, sistemas de controle de movimento de precisão, como mesas de deslocamento de cerâmica piezoelétrica, fontes de luz a laser, módulos de monitoramento de imagem em tempo real e software de controle dedicado. Os usuários podem importar modelos CAD para construir microestruturas tridimensionais complexas ponto a ponto ou camada por camada, como matrizes de microlentes, suportes biônicos, chips de microfluidos, cristais de fótons e robôs em miniatura.
Sistema de impressão 3DUso:
Modelagem Digital: do Conceito aos Dados 3D
Escolha de software de design:
Obtenha modelos digitais com software CAD, como SolidWorks, Fusion 360 ou um scanner 3D. Certifique-se de que o modelo é impermeável (sem buracos) e estruturado corretamente, evitando que excesso de partes suspensas cause falhas de impressão.
Exemplo: ao projetar um chip de microfluido, é necessário controlar com precisão a largura do canal (por exemplo, 50 μm) e a distância (por exemplo, 50 μm) para corresponder às necessidades de experimentos biológicos.
Conversão de formato de arquivo:
Exporte o modelo em formatos comuns como STL, OBJ e outros para facilitar o processamento de software de corte. Para uma impressão de alta precisão, você pode escolher um formato que suporte precisão a nível submicrônico (por exemplo, STL binário gerado por software específico).
Tratamento de cortes: dividir 3D em 2D
Configuração de parâmetros do software:
Use softwares de corte profissionais, como Cura, PrusaSlicer e software de suporte de Mock-up, para separar o modelo em milhões a dezenas de milhares de camadas de secções bidimensionais ao longo do eixo Z.
Espessura da camada: controlar a altura de cada camada (por exemplo, a espessura da camada média da tecnologia PμSL pode ser baixa até 5 μm), afetando diretamente a precisão e a velocidade da impressão.
Densidade de enchimento: ajustado de acordo com as necessidades (por exemplo, 10% -20% para estruturas normais e 100% para componentes sólidos).
Estrutura de suporte: geração automática de suporte para a parte suspensa (por exemplo, na impressão 3D de micronanometais, a estrutura suspensa de 90 ° não precisa de suporte, mas modelos complexos ainda precisam de suporte auxiliar de design).
Para criar um arquivo GCode:
O software de corte converte os parâmetros em código de instrução executável pelo dispositivo (GCode), que contém informações críticas como caminhos de impressão, parâmetros de materiais e outros.
Exemplo: Na tecnologia PμSL, o GCode precisa controlar com precisão a sequência de exposição do chip DMD e a proporção de escala do objeto de projeção.
Preparação para impressão: ambiente e controle de materiais
Calibração do equipamento:
Planificação de cama quente: Use papel A4 para testar a distância entre o bocal e a plataforma para garantir que a primeira camada de impressão esteja firmemente ligada (por exemplo, na tecnologia FDM, a altura do bocal precisa ser de até 0,1 mm).
Calibração de circuito óptico: para dispositivos PμSL ou TPP, é necessário ajustar a posição de foco do laser ou o alinhamento do chip DMD para evitar que o deslocamento da mancha cause desvios estruturais.
Carga de material:
Resina fotosensível: derrame no tanque de resina para garantir que a superfície do líquido seja plana (na tecnologia PμSL, a flutuação da superfície do líquido deve ser controlada dentro de ± 10 μm).
Pó metálico / fio: para equipamentos SLM ou FDM, o bico deve ser pré-aquecido até o ponto de fusão do material (por exemplo, PLA é 220 ° C, o pó metálico precisa de uma temperatura mais alta).
Exemplo: O sistema de impressão 3D de micronanometais CERES ajusta a pressão empurrada pela solução de íons metálicos com precisão <1 mbar através de um controlador de pressão de microfluido.
Execução de impressão: construção de micronano-mundo camada a camada
Iniciar a impressão:
Importe o arquivo GCode no dispositivo e clique no botão Imprimir. Equipamento para empilhar materiais camada a camada por dados de corte:
Tecnologia PμSL: emissão de luz ultravioleta LED, máscara dinâmica gerada pelo chip DMD, moldagem de endurecimento de resina líquida de exposição.
Tecnologia TPP: O laser de festosecondo foca no interior do material sensível à luz, desencadeando a agregação local através da absorção de fótons duplos para obter precisão em nanoescala (como imprimir estruturas de tamanho característico de 5 μm).
Tecnologia FDM: um bocal de fusão a quente extrude o material fundido por caminho e o endurece após o resfriamento (adequado para protótipos rápidos, mas com menor precisão).
Monitoramento do processo:
Feedback em tempo real: alguns dispositivos são equipados com câmeras ou sensores para monitorar o estado da impressão (por exemplo, desvios de espessura da camada, resíduos de material).
Aviso de erro: se uma falha na estrutura de suporte ou material insuficiente for detectado, pause automaticamente e solicite a intervenção do usuário.
Pós-processamento: da impressão ao dispositivo funcional
Limpeza:
Modelo de fotocuração: lavagem de resina não curada com álcool (por exemplo, um chip de microfluido impresso com PμSL requer a remoção da resina residual no canal).
Peças metálicas: limpeza por ultra-som elimina estruturas de suporte ou resíduos de pó (por exemplo, peças metálicas impressas com SLM necessitam de lavagem ácida e passivação).
Curamento / sinterização:
Resina fotocurada: a exposição secundária à luz ultravioleta aumenta a dureza (por exemplo, os componentes transparentes da impressão DLP precisam ser curados posteriormente para reduzir a amarelagem).
Pó metálico: sinterização a alta temperatura aumenta a densidade (por exemplo, peças de liga de titânio impressas SLM requerem tratamento térmico acima de 1200 ℃).
Tratamento de superfície:
Polimento e polimento: remover as camadas com papel de lixo ou ferramentas elétricas (por exemplo, os modelos PLA podem ser mergulhados em líquido de polimento para melhorar a qualidade da superfície).
Coloração / revestimento: pulverizar pigmentos de acrílico ou revestimentos químicos (por exemplo, micronanoestruturas requerem revestimento de ouro para aumentar a condutividade elétrica).