摩方精密一直以技術(shù)創(chuàng)新為原動力，專注于制造高精密微納3D打印系統(tǒng)及材料。憑借超高精度微納3D打印技術(shù)，為科研人員提供強大的技術(shù)支持，使多個領(lǐng)域取得了具有里程碑意義的研究成果。

在探索未知的道路上，各領(lǐng)域不斷積累著知識與智慧，每一項科研成果都是對自然界和人類社會更深入一層的理解。過去一年，許多高校機構(gòu)通過摩方精密微納3D打印技術(shù)，完成多項科研創(chuàng)新項目，涵蓋力學(xué)、仿生學(xué)、微機械、微流控、超材料、新材料、生物醫(yī)療以及太赫茲應(yīng)用八個領(lǐng)域，這不僅是對2023年科研活動的全面梳理，更是對未來科研趨勢的可視化預(yù)測。

接下來，本篇將重點探討四個科研領(lǐng)域：仿生學(xué)、新材料、微流控、微機械。

01PART ONE-仿生學(xué)

微米級3D打印助力仿爬巖魚吸盤制備

■ 發(fā)表期刊：《Biomimetics》

■ 研究團隊：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的吳晅副研究員團隊

tics7040202該團隊受爬巖魚吸附現(xiàn)象的啟發(fā)，研制了一款邊緣具有分層微結(jié)構(gòu)的仿生吸附器件，并從毛細(xì)力和Stefan黏附相關(guān)的角度解釋了微結(jié)構(gòu)邊緣在增強粘附力所起的作用。

研究人員利用面投影微立體光刻技術(shù)(nanoArch® S140，10μm精度)和膠體球刻蝕技術(shù)制造了具有不同仿生特征的仿生吸盤，通過實驗驗證了微結(jié)構(gòu)形狀和規(guī)模、表面粗糙度和邊緣材料對仿生吸盤粘附力的影響。最后，團隊進(jìn)行了拉脫實驗以表征仿生邊緣的剝離行為，并說明微結(jié)構(gòu)在吸盤邊緣從基底動態(tài)剝離中的作用。

02PART TWO-新材料

芳綸納米纖維增強的強韌、抗疲勞的可3D打印水凝膠

■ 發(fā)表期刊：《Materials Today》

■ 研究團隊：清華大學(xué)航天航空學(xué)院李曉雁教授和南方科技大學(xué)葛锜副教授團隊

d.2023.07.020該團隊向可3D打印水凝膠前驅(qū)體溶液中引入芳綸納米纖維（ANF），在紫外光下固化后得到了芳綸納米纖維增強的水凝膠復(fù)合材料。

芳綸納米纖維增強的水凝膠復(fù)合材料仍具有基于DLP技術(shù)的可3D打印的特性，以含0.3 wt% ANF的水凝膠復(fù)合材料為例，團隊成員使用摩方精密公司的microArch®S240（10μm精度）微立體光刻光固化3D打印設(shè)備，制備了具有復(fù)雜幾何形狀的點陣結(jié)構(gòu)，同時還制備了人類心臟結(jié)構(gòu)。通過細(xì)胞實驗表明，加入芳綸納米纖維后，水凝膠復(fù)合材料依然具有良好的生物相容性。

新型光散射抑制機制助力高保真光固化生物3D打印

■ 發(fā)表期刊：《Nature Communications》

■ 研究團隊：湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院韓曉筱教授課題組

023-38838-2該課題組等提出了一種光吸收與自由基反應(yīng)協(xié)同作用的光散射抑制新機制，并基于此機制開發(fā)了一種新型光抑制劑（Curcumin-Na，Cur-Na），降低了載細(xì)胞水凝膠光固化打印過程中的光散射效應(yīng)，將打印精度提高到1.2-2.1像素點，幾何誤差低于5%，成功制造了各種具有多尺度通道和薄壁網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生物活性功能支架。

團隊將添加了Cur-Na的生物墨水應(yīng)用到摩方精密 nanoArch®S140（10μm精度）光固化打印機中，成功地制造了各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)體（仿生支架，可灌注血管網(wǎng)絡(luò)，極小三周期曲面等），證明了該光抑制劑在制造具有小尺度特征的功能性載細(xì)胞三維支架方面的優(yōu)異能力。進(jìn)一步證明了此生物墨水在組織工程中的適用性。

光固化3D打印高精度高強度聚合物衍生SiOC陶瓷

■ 發(fā)表期刊：《Additive Manufacturing》

■ 研究團隊：南方科技大學(xué)葛锜/王榮團隊.2023.103889

該團隊開發(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（2μm精度）和microArch® S240（10μm精度）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(dá)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(dá)56.9%。

研究團隊設(shè)計了一種基于三重周期極小曲面的I-WP結(jié)構(gòu)（孔隙率80%），該結(jié)構(gòu)SiOC陶瓷抗壓強度高達(dá)240 MPa，實際密度僅為0.367 g/cm3，對應(yīng)比強度為6.54×105 N·m/kg。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(jìn)PDC陶瓷在工程領(lǐng)域和惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。

3D打印高性能Mg2TiO4微波陶瓷

■ 發(fā)表期刊：《Additive Manufacturing》

■ 研究團隊：中南大學(xué)劉紹軍課題組和河北工業(yè)大學(xué)胡寧團隊.2023.103413

該團隊通過面投影微立體光刻技術(shù)(microArch®S240，10μm精度)成功制備了高性能高精度的Mg2TiO4微波陶瓷，并澄清了加工參數(shù)（激光功率、曝光時間和鋪層厚度）對加工精度和介電性能的影響，最終制備出加工誤差為16微米和品質(zhì)因子為142,000GHz的Mg2TiO4微波陶瓷。

該制備方法成功解決了3D打印功能陶瓷的多重問題，例如成形樣品精度差，密度低和介電性能較傳統(tǒng)成形方法低等諸多問題。同時該研究為3D打印結(jié)構(gòu)和功能陶瓷的商業(yè)化應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

基于改性聚合物3D打印的功能化金屬微結(jié)構(gòu)制造

■ 發(fā)表期刊：《Additive Manufacturing》

■ 研究團隊：南洋理工大學(xué)的Hirotaka Sato教授團隊，王一凡教授團隊以及早稻田大學(xué)的Shinjiro Umezu教授團隊

.2022.103317該課題組合作提出了一種新型的金屬-聚合物微尺度三維結(jié)構(gòu)的制造方法。該方法采用將催化劑前體加載到光固化樹脂中的方法，利用新型面投影微立體光刻技術(shù)(nanoArch®S140，10μm精度)進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度3D打印，并使用NaOH 溶液對打印樣品進(jìn)行預(yù)處理，以增加催化劑前體 [Pd(II)] 的存在，便于后續(xù)將金屬化學(xué)鍍(ELD)到打印樣品上。

與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝更加安全環(huán)保，并且耗時更少，同時更加便宜。此外，此方法還可以實現(xiàn)金屬的多層沉積以獲得具有所需特性組合的多功能結(jié)構(gòu)。該制造方法克服了傳統(tǒng)化學(xué)鍍工藝的瓶頸，例如進(jìn)行預(yù)處理時對有毒化學(xué)品的使用。

03PART THREE-微流控

縱橫織構(gòu)錐體表面液滴雙模式自運輸和水收集

■ 發(fā)表期刊：《Chemical Engineering Journal》

■ 研究團隊：江蘇大學(xué)張忠強教授團隊023.147336

該團隊制備出了一種帶有橫向梯度微通道和環(huán)向凹槽的新型縱橫織構(gòu)錐體，提出了功能表面梯度表面張力-毛細(xì)吮吸力耦合作用下液滴自運輸雙模式，實現(xiàn)了多尺度液滴超快速、長距離無損自運輸。

研究通過摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）高精度3D打印機制備了縱橫織構(gòu)錐體，實現(xiàn)了多尺度液滴超快速定向長距離自運輸。縱橫織構(gòu)錐體觸發(fā)了兩種流體運輸模式：通過Young-Laplace壓力差驅(qū)動的液滴和微通道內(nèi)吮吸壓力誘導(dǎo)的流體運輸。由于環(huán)向凹槽連通了梯度微通道，保證了殘留水層和滯留在錐體表面的液滴仍能自發(fā)的被運輸?shù)藉F體根部，最終實現(xiàn)了液滴的完整運輸。

亞體素控制的雙材料多結(jié)構(gòu)細(xì)絲的微流控打印

■ 發(fā)表期刊：《Advanced Materials Technologies》

■ 研究團隊：北京航空航天大學(xué)機械學(xué)院陳華偉課題組

2301150該課題組提出了一種動態(tài)可調(diào)節(jié)的DIW打印策略，該策略將一個可移動的打印針連接到一個Y形微流控噴嘴中，通過調(diào)節(jié)擠出壓力和針頭在微流控噴嘴中的運動，能夠精確控制細(xì)絲內(nèi)層的位置、比例和形狀，進(jìn)而再對細(xì)絲內(nèi)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的亞體素控制，可以制造具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的細(xì)絲。

該研究構(gòu)建了一種動態(tài)可調(diào)節(jié)的DIW打印平臺。該平臺由一個三軸線性運動平臺與一個微流體打印頭構(gòu)成，為了實現(xiàn)亞體素控制的細(xì)絲，該打印頭是由一個Y形流道的微流控芯片、一個電機控制的微動臺、一個固定的打印針和一個可移動的打印針組成，兩個打印針從Y形流道的兩個臂中插入。該微流控芯片使用了摩方精密公司的microArch® S240（10μm精度）高精度3D打印機制造，內(nèi)通道尺寸最小為800μm，通道尺寸決定了打印細(xì)絲的直徑及打印的精度，高精度的微流控芯片通道也保證了通道和打印針之間的良好配合。

基于水-沙運動特性的分流對沖式滴灌灌水器抗堵性能優(yōu)化

■ 發(fā)表期刊：《Water》

■ 研究團隊：石河子大學(xué)王振華教授團隊01

該研究團隊提出了一種分流對沖式滴灌灌水器和基于水-沙運動特性的灌水器抗堵優(yōu)化方案。該團隊利用新型一體化打印技術(shù)（nanoArch®S140，10μm精度）實現(xiàn)了滴灌灌水器流道試件的高精度3D打印，并開展了物理試驗和數(shù)值模擬研究。該研究提出的灌水器抗堵優(yōu)化方案在維持灌水器水力性能的前提下，能夠使灌水器的抗堵塞性能提升60%。

04PART FOUR-微機械

基于可調(diào)塑性的凝固態(tài)液態(tài)金屬的3D柔性電子

■ 發(fā)表期刊：《Nature Electronics》

■ 研究團隊：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）馬星教授聯(lián)合中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院劉志遠(yuǎn)研究員

022-00914-8馬星教授聯(lián)合劉志遠(yuǎn)研究員，提出了一種通過將鎵基液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)并通過塑性變形制備復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)柔性導(dǎo)體的方法。

為證明該方案的實用性，作者設(shè)計了具有超高靈敏度的3D應(yīng)變傳感器、由3D跳線導(dǎo)體構(gòu)成的二極管 (LED) 陣列以及由3D螺旋結(jié)構(gòu)的可穿戴傳感器和多層柔性電路板組成的手指動作監(jiān)測裝置。在本項研究中，由摩方精密nanoArch®P150設(shè)備（25μm精度）3D打印的高精度模具，為制備2D應(yīng)變傳感電路和3D拱形跳線提供了精密支持。

基于非對稱互鎖梯度模量結(jié)構(gòu)的柔性電容式壓力傳感

■ 發(fā)表期刊：《Advanced Functional MaterialsL》

■ 研究團隊：復(fù)旦大學(xué)武利民課題組

2309792該課題組研發(fā)了一種基于非對稱互鎖梯度模量結(jié)構(gòu)的柔性電容式壓力傳感用于超寬范圍壓力監(jiān)測。在該傳感器中，非對稱互鎖的結(jié)構(gòu)化電極為監(jiān)測范圍的拓寬起到了至關(guān)重要的作用。

團隊采用摩方精密nanoArch® S130（2μm精度）3D打印設(shè)備，實現(xiàn)了非對稱互鎖穹頂結(jié)構(gòu)模板的高精度打印，并創(chuàng)新性地將非對稱互鎖的結(jié)構(gòu)化電極和梯度模量的概念結(jié)合起來，在保障了傳感器其余性能的同時，進(jìn)一步擴大了監(jiān)測范圍，確保了傳感的可靠性。

具有高時空分辨率的機器人感知系統(tǒng)用于紋理識別

■ 發(fā)表期刊：《Nature Communications》

■ 研究團隊：南方科技大學(xué)的郭傳飛課題組

023-42722-4該課題組研發(fā)了一種基于柔性滑覺傳感的機器人觸覺感知系統(tǒng)用于紋理識別。該傳感器中，表面的指紋結(jié)構(gòu)和傳感器中的微結(jié)構(gòu)層對傳感性能起到關(guān)鍵作用。

團隊采用摩方精密nanoArch® S130（2μm精度）3D打印設(shè)備，實現(xiàn)了類指紋結(jié)構(gòu)模板和分級微結(jié)構(gòu)模板的高精度打印，并結(jié)合倒模技術(shù)制備了柔性PDMS人工指紋（周期：350 μm，高度：260μm）和具有分級微結(jié)構(gòu)的離子凝膠（周期：200μm，高度: 55μm）。

基于超精密3D打印柔性傳感的軟體機器人“非接觸式"交互示教

■ 發(fā)表期刊：《Nature Communications》

■ 研究團隊：北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院仿生機器人研究團隊文力課題組

022-32702-5該團隊最新提出的基于雙模態(tài)智能傳感界面的軟體機器人非接觸交互示教方法。課題組基于摩擦納米發(fā)電機原理和液態(tài)金屬的壓阻效應(yīng)提出了一種能夠?qū)Ψ墙佑|信號和接觸信號進(jìn)行實時感知和解耦的柔性雙模態(tài)智能傳感器（flexible bimodal smart skin, FBSS）。該傳感器結(jié)構(gòu)上主要包括柔性介電層、柔性電極層、激勵層、液態(tài)金屬圖案和封裝層組成。

該團隊利用新型微立體面投影光刻技術(shù)(nanoArch® S140，10μm精度)實現(xiàn)了柔性介電層表面微型金字塔模具的3D打印，該傳感器自身具有較強的柔性和可拉伸性。

超聲輔助實現(xiàn)液態(tài)金屬墨水的非接觸燒結(jié)及電路構(gòu)建

■ 發(fā)表期刊：《Advanced Science》

■ 研究團隊：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）馬星教授團隊

2301292該團隊提出一種超聲輔助燒結(jié)策略，該策略不僅可以保持LM電路的原始形態(tài)，而且可以在各種復(fù)雜表面形貌的襯底上燒結(jié)電路。通過該方法實現(xiàn)了柔性材料上LM電路的燒結(jié)，并驗證了該方法在構(gòu)建可拉伸或柔性電子器件方面的可行性。其提出利用水作為能量傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)了與基底材料間接接觸的遠(yuǎn)程燒結(jié)，極大地保護了LM電路免受機械損傷。該方法有助于為不同場景下的LM電路構(gòu)建提供技術(shù)途徑。

團隊成員使用面投影微立體光刻技術(shù)（nanoArch® P150，25μm精度）制備了不同的樹脂模型，通過在模型上設(shè)計溝槽再涂覆墨水的方法實現(xiàn)了三維表面上復(fù)雜線路的構(gòu)建。

基于離電傳感器的指尖脈搏測試在動脈硬化中的應(yīng)用

■ 發(fā)表期刊：《Advanced Healthcare Materials》

■ 研究團隊：南方科技大學(xué)的郭傳飛課題組與南方科技大學(xué)醫(yī)院、深圳技術(shù)大學(xué)等單位

2301838作者構(gòu)建了一種多功能微針（MN）貼片，該微針貼片是利用摩方精密的 nanoArch® S140（10μm精度）3D打印設(shè)備加工模具后經(jīng)PDMS翻模制備而成。可通過高效的化學(xué)-光動力抗菌協(xié)同作用和生長因子在創(chuàng)面的持續(xù)釋放來實現(xiàn)傷口的快速愈合。

該研究設(shè)計的基于MOFs的多功能微針貼片為慢性感染傷口的治療提供了一種簡單、安全、有效的替代方案。

微針SERS傳感器實現(xiàn)農(nóng)藥殘檢測

■ 發(fā)表期刊：《ACS Applied Materials & Interfaces》

■ 研究團隊：廣東工業(yè)大學(xué)王成勇教授團隊

2c17954該團隊提出了一種新型的微針SERS傳感器。該團隊利用2微米精度的面投影微立體光刻技術(shù)（nanoArch® S130 ，2μm精度）實現(xiàn)微針模具的高精度3D打印，結(jié)合倒模技術(shù)，并將銀納米顆粒引入到透明質(zhì)酸鈉/聚乙烯醇水凝膠微針貼片（PVA/HA MN）中，最終獲得具有高靈敏性能的Ag/HA/PVA微針貼片基SERS傳感器。

該傳感器由銀納米顆粒和透明質(zhì)酸鈉/聚乙烯醇水凝膠組成，具有優(yōu)異的溶脹性能，能快速吸收農(nóng)產(chǎn)品中殘留的農(nóng)藥，實現(xiàn)殘留農(nóng)藥的快速檢測，以及具有高比表面積的臺階結(jié)構(gòu)，極大的提高了微針SERS傳感器的檢測性能。

 創(chuàng)新驅(qū)動

在此，摩方精密向所有辛勤的學(xué)者和研究人員致以崇高的敬意，并期待他們在新的一年里收獲滿滿，碩果累累。

摩方精密將持續(xù)致力于加快新產(chǎn)品的研發(fā)步伐，整合內(nèi)外部資源，提供更優(yōu)化的服務(wù)，將持續(xù)不斷地為客戶提供專業(yè)的技術(shù)支持、高效率的服務(wù)和一站式的系統(tǒng)解決方案，以期實現(xiàn)互利共贏的局面，共同迎接行業(yè)高速發(fā)展帶來的新機遇。