マイクロナノDLP技術3Dプリント樹脂、金属、セラミック

誰かが Antarctic Bear に、3D プリントの最も強力で将来性のある用途はマイクロナノ構造の製造かもしれないと伝えました。スケールが細かすぎるため、減算法を使用するのは難しいですが、加算法を使用するとはるかに簡単になります。

同時に、複雑な三次元マイクロナノ構造材料は、マイクロ電気機械システム、光学工学、バイオメディカル、精密製造、フォトニック結晶、半導体、センサーなど、多くの分野で幅広い用途と大きな産業需要を持っています。技術的なハードルは非常に高い場合が多いです。マイクロナノスケール 3D プリンティングは、マサチューセッツ工科大学 (MIT) のテクノロジーレビューによって、2014 年の破壊的新興技術トップ 10 の 1 つに挙げられました。
△図：様々なマイクロナノ構造（Adv. Mater. 2017, 29, 1701850より引用）

複雑な三次元マイクロナノ構造（特に大面積の複雑な三次元マイクロナノ構造）を効率的かつ低コストで大量生産することは、常に国際的な課題であり、現在の国際学術界と産業界における研究のホットスポットであり、緊急に打開する必要があるボトルネック問題であると考えられてきました。これらの複雑なマイクロナノ構造は、3D 印刷技術を使用して大量生産できるのでしょうか? 最近、佛山の 3D 印刷会社が、従来の 3D 印刷技術をマイクロナノスケールに押し上げた 3D 印刷技術を開発しました。

マイクロナノスケールの三次元構造を作成するための鍵は、3Dプリントの解像度を向上させることです。

△各種3Dプリント方式とそれに応じた解像度

100ミクロンを超えると、FDM、DLP、SLAで一般的にこれを実現できます。たとえば、さまざまなモデル、おもちゃ、ワークピース、その他の民間分野の印刷などです。
10～100ミクロンの範囲では、DLP および SLA 印刷の精度はこのスケールに到達できます。一般的な用途には歯科、宝石、その他の分野が含まれ、一般的な印刷精度要件は約 50～100 ミクロンです。
1～10ミクロンのミクロンおよびサブミクロンスケールの範囲では、さまざまな従来の印刷方法では対応が難しく、この分野の対応するアプリケーションには、リソグラフィー、製版、半導体、レンズ精密加工など多くの分野が含まれます。
1ミクロン未満のスケールの場合、2光子吸収、フォトホログラフィック重合、電子ビーム処理などのハイテク科学研究方法を使用して作製できますが、これらの作製方法は高度で高価すぎるため、普及していません。

△指先でエッフェル塔を操る、細部までこだわった塔
2018 年 2 月 4 日、Guanglei Intelligent Manufacturing は Antarctic Bear に対し、DLP 3D 印刷技術の解像度をミクロンおよびサブミクロンスケールにまで押し上げたことを明らかにしました。

光莱智能製造の正式名称は佛山光莱智能製造有限公司です。同社の技術は中山大学と北京化学工学大学から来ており、3Dプリント技術に携わるハイテク企業です。どのように解決したのでしょうか?

Guanglei Intelligent Manufacturing の Fan Bingfeng 博士は、既存のさまざまな 3D 印刷技術 (2 光子吸収、光ホログラフィー、電子ビームなどの科学的研究方法を除く) の中で、解像度をさらに向上させる可能性があるのは DLP 印刷だけだと考えています。博士は、DLP の印刷解像度は 3 つの側面から向上できると考えています。

より小さなピクセルを持つ DMD マイクロミラーを選択します。
LED光源の波長を短くします。これは半導体技術におけるフォトリソグラフィーと非常に似ています。現在、CPU製造技術では極端紫外線露光技術が使用されています。
より適合性の高い UV 集光イメージング光学系を設計します。

△DLP印刷精度をさらに向上させる対策

ファン博士は、若い頃に LED 半導体チップの製造に従事し、半導体リソグラフィー、ステッパー露光機、マスクレス露光機などのプロセス手法に精通しており、同様のプロセスを DLP 技術に導入しました。 Guanglei Intelligent Manufacturing の LED チップエンジニアは高出力、低帯域 UV LED 光源を設計し、光学エンジニアは収束光学レンズと UV 光路を設計し、ソフトウェアエンジニアは収束後の歪みと光場の均一性調整をさらに処理して、DLP 3D 印刷の精度をサブミクロンスケールに押し上げました。

特に重要なのは、輸入された感光性硬化材料の精度は大抵10～100ミクロン程度であるのに対し、設備の印刷精度は10ミクロン以下であることです。Guanglei Intelligent Manufacturingの化学チームは、自社の設備に合わせたより高精度の感光性材料を設計し、マイクロナノ構造の印刷に成功しました。

△三次元的に密集したマイクロナノ構造。下図は高倍率顕微鏡で見た詳細画像です。

△用途：高精度レンズ、マイクロエレクトロニクス

現在、最も実用的な応用分野は科学研究の分野です。この装置により、研究者はさまざまなマイクロナノ構造材料を印刷し、それを一流の国際ジャーナルに発表することができます。 Guanglei のマイクロナノサイズの印刷装置は現在、非常に手頃な価格でカスタマイズできます。

ファン博士は、アンタークティックベアに光雷インテリジェント製造の概念を紹介しました。「光雷は、あらゆる分野で3Dプリントの巨大な応用可能性を見出しています。さまざまな3Dプリント技術を分析すると、DLPプリントが提供する表面対ボディプリントは、他のFDMおよびSLA方式のポイント対表面対ボディプリント方法よりも原理的にはるかに高速であると考えています。DLP技術は、3Dプリントの産業化と工業化を促進する可能性が最も高い技術です。そのため、私たちはDLP技術に深く関わっており、常にDLP技術を高速、高精度、大型の方向に発展させることを目指してきました。このようにしてのみ、3Dプリント技術は校正技術から生産技術に移行できます。現在、光雷はDLP 3Dプリント技術に基づいて、ポリマー材料、金属材料、セラミック材料の3つの主要な印刷技術を開発し、DLP技術の印刷精度をマイクロナノスケールに向上させ、印刷サイズを数倍に増やしました。」

Guanglei Intelligent Manufacturing の DLP 金属印刷技術、DLP セラミック印刷技術、DLP 大型印刷技術については、Antarctic Bear が引き続き最新情報を発表しますので、ご注目ください。
マイクロおよびナノスケールの 3D 印刷技術に興味がありますか? Antarctic Bear に問い合わせることができます。