마이크로 나노 3D 프린팅 시스템마이크로미터 내지 나노미터 척도에서 고정밀 3차원 구조 제조를 실현할 수 있는 선진 증재 제조 설비로 마이크로전자, 광자학, 생물의학, 마이크로컴퓨터 시스템 (MEMS), 초재료 및 나노부품 등 최전방 과학 연구와 고d 제조 분야에 광범위하게 응용된다.이 시스템은 복잡한 구조, 작은 크기 및 재료 다양성에 대한 전통적인 가공 기술의 한계를 돌파하고"아래로부터"정밀 제조를 달성했습니다.

일반적으로 고안정성 광학 플랫폼, 정밀 운동 제어 시스템 (예: 압전 세라믹 변위대), 레이저 광원, 실시간 영상 모니터링 모듈 및 전용 제어 소프트웨어로 구성된다.사용자는 CAD 모델 가져오기를 통해 슬라이스 처리 후 시스템을 구동하여 마이크로 렌즈 어레이, 시뮬레이션 스탠드, 마이크로 흐름 제어 칩, 광자 결정 및 마이크로 로봇 등과 같은 복잡한 3D 마이크로 구조를 점 또는 층별로 구축할 수 있습니다.

　　마이크로 나노 3D 프린팅 시스템의 구성 요소:

1. 광학계통: 광중합반응의"조각칼"

광학 시스템은 고정밀 빔 제어를 통해 재료가 고착되거나 퇴적되는 마이크로 나노 3D 프린팅의 핵심입니다.

라이트 유형:

레이저 광원: 초속 레이저 (이중 광자 집합 기술에 사용) 와 같은 초단 펄스를 통해 재료의 이중 광자 흡수를 자극하여 나노 레벨 정밀도를 실현합니다 (예: Nanoscribe 시스템은 200nm 피쳐 크기를 인쇄할 수 있습니다).

LED 광원: 모방 정밀 UV-LED (405nm), 면 투영 마이크로 입체 광각 (P μ SL) 기술과 결합하여 동적 마스크를 통해 고화 수지를 한 번에 노출하여 정밀도 (10 μm) 와 효율 (예: nanoArch) 을 모두 고려®S140은 94mm × 52mm × 45mm의 최대 성형 크기를 지원합니다.)

광선 설계:

레이저 직사형: 진경 또는 변위대를 통해 레이저빔 스캐닝 경로를 제어하여 점차적으로 고착화 (예: 쌍광자 중합 기술) 를 실현한다.

면 투영 노출형: DMD 칩과 같은 디지털 마스크 생성 시스템을 사용하여 3D 모델을 2D 슬라이스로 분해하고 빔을 투영하여 전체 재료 (예: 모방의 정밀한 P μSL 기술) 를 한 번에 고착화합니다.

초점 및 축소:

현미경 영상 광학 시스템 (예: 물경, 렌즈 그룹) 과 결합하여 빔을 미나 척도에 초점을 맞추고 광중합 반응 영역 (예: 쌍광자 중합 기술에서 초점 직경은 100nm 이하로 떨어질 수 있음) 을 제어한다.

2. 운동 제어 시스템: 3차원 공간의"네비게이션"

동작 제어 시스템은 고정밀 레일 및 모터를 통해 플롯 헤드 또는 플랫폼의 3D 이동을 지원합니다.

레일 유형:

선형 레일: X, Y, Z 3축 직선 동작을 제공하여 인쇄 헤드나 플랫폼이 마이크로미터급 정밀도에서 이동하도록 보장합니다(예: 모방의 정밀한 nanoArch®S130 위치 정밀도는 1μm) 입니다.

압전 세라믹 구동: 나노 레벨 변위 제어에 사용됩니다 (예: CERES 마이크로 나노 금속 3D 프린팅 시스템은 압전 세라믹을 통해 AFM 프로브를 구동하여 마이크로 미터 레벨 금속 구조 인쇄를 실현합니다).

모터 제어:

폐쇄 루프 서보 모터 또는 스텝 모터를 사용하여 인코더 피드백과 결합하여 고정밀 위치 제어 (예: 인쇄 층 두께는 5 μm까지 낮을 수 있음) 를 실현합니다.

동기화 조정:

광학 시스템은 모션 시스템과 동기화하여 빔 스캔 경로가 재료 경화 위치와 정확하게 일치하도록 보장합니다 (예: 이중 광자 집선 기술에서 레이저 초점은 프린터 헤드 이동 경로와 엄격히 동기화되어야 함).

3. 재료공급시스템: 미납구조의"건설사"

재료공급시스템은 인쇄기술수요에 따라 광민수지, 금속, 도자기 등 재료를 제공하고 그 류동과 고화를 통제한다.

재료 유형:

포토메트릭 수지: PμSL, 이중 광자 중합과 같은 광경화 기술에 사용되며 높은 투명성, 낮은 수축률 (예: 모방 정밀 바이오 호환성 수지) 이 필요합니다.

금속 재료: CERES 시스템은 Cu, Ag, Pt와 같은 30 개 이상의 금속 재료를 지원하는 전기 화학 퇴적 또는 레이저 소결에 사용됩니다.

도자기 재료: 고온 소결을 통해 고강도 구조를 실현한다 (예를 들어 플리생 3차원 과학기술용 마이크로나 3D 프린팅 도자기 부품은 1700 ℃ 의 소결을 거쳐 의료기기에 사용된다).

공급 방식:

액체 공급: 펌프 또는 압력 제어 시스템을 통해 민감성 수지 또는 금속 소금 용액을 수송합니다 (예: CERES 시스템은 미세 흐름 제어 기술을 통해 금속 이온 용액을 분배합니다.).

분말 공급: 선택적 레이저 소결(SLS) 또는 3D 스프레이(3DP)에 사용되며 접착제 또는 레이저 용융(예: SLS 기술에서 나일론 분말 사용)과 함께 사용해야 합니다.

고정 제어:

광경화: 자외선이나 레이저를 통해 중합반응을 일으킨다(예를 들어 PμSL 기술에서 UV-LED는 수지를 비추어 고화시킨다).

열경화: 가열 플랫폼 또는 적외선을 통해 재료 경화 (예: 일부 FDM 기술은 열가소성 고분자 재료를 사용).

전기화학 퇴적: 전해반응을 통해 금속 이온을 금속으로 환원시킨다 (예를 들어 CERES 시스템은 전기화학 방법을 이용하여 마이크로미터급 금속 구조를 인쇄한다).

4. 환경 제어 시스템: 마이크로 나노 제조의"안정기"

환경 제어 시스템은 온도, 습도, 진동 등의 매개변수를 제어하여 인쇄 프로세스의 안정성을 보장합니다.

온도 제어:

항온강체: 인쇄환경의 온도를 안정적으로 유지한다 (예를 들어 광민수지인쇄는 온도파동으로 인한 수축률변화를 피해야 한다.).

부분 가열: 특정 영역을 가열하여 재료의 경화 또는 용융을 촉진합니다(예: FDM 기술의 경우 노즐은 열가소성 재료를 용해시킵니다).

습도 제어:

재료의 흡습으로 인한 성능 변화를 방지합니다 (예: 세라믹 재료는 갈라지지 않도록 건조한 환경에서 인쇄해야 함).

진동 분리:

공기 부양 방진대 또는 능동 감진 시스템을 사용하여 외부 진동이 인쇄 정밀도에 미치는 영향을 줄입니다 (예: 이중 광자 중합 기술은 마이크로미터급 진동 격리가 필요함).

청정도 제어:

초정화 간 환경에서 조작하여 먼지가 미나 구조를 오염시키는 것을 방지한다(예를 들어 반도체 부품 제조는 Class 100급 청정도가 필요하다).

5. 소프트웨어 시스템: 마이크로 나노 디자인의"스마트 두뇌"

소프트웨어 시스템은 3D 모델 처리, 인쇄 경로 계획 및 프로세스 모니터링을 구현합니다.

모델링 소프트웨어:

CAD, STL과 같은 형식 가져오기가 지원되며 3D 모델을 2D 슬라이스로 분해하면 각 레이어의 두께가 5μm까지 낮아집니다.

경로 계획 알고리즘:

인쇄 경로를 최적화하여 지지 구조를 줄이고 효율을 높인다 (예를 들어 모방의 정밀한 스마트 슬라이스 알고리즘은 자동으로 우수한 인쇄 매개변수를 생성할 수 있다).

프로세스 모니터링 및 피드백:

광경화 진행률, 재료 공급량과 같은 인쇄 상태를 실시간으로 모니터링하고 CERES 시스템과 같은 센서 피드백을 통해 3D 구조 정밀도를 제어하는 패라메트릭을 조정합니다.

포스트 프로세싱 지원:

지지구조 제거, 표면 광택 등 후처리 공정 지도 (예를 들어 미세 흐름 제어 칩은 인쇄 후 코팅 처리를 통해 친수 표면을 형성해야 한다) 를 제공한다.