新闻处 集团国际采购部
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用于细胞和组织研究的 3D 打印支架结构

UpNano 3D打印机制造的结构极其微小,既无法用肉眼识别,也无法用强大的光学显微镜观察到。只有在扫描电子显微镜下,这些最微小的打印结构才显现真容。它们宛如“微型球体”或尘埃颗粒,总直径仅为几分之一毫米。构成这些结构的条状材料比人类头发还要细100。这些微观结构有着广泛的应用,如在医学实验中充当活细胞的框架,或用作微过滤器、微针及微透镜。

铅笔尖上的城堡奇观

UpNano是维也纳工业大学孵化的创新企业。几年前,这些创始人从学术界转向商业界,此前他们在大学专注于高分辨率3D打印技术的研究。为了展示这一技术的惊人潜力,他们在铅笔尖上打造了一座微型城堡——城堡包括多层建筑、凸窗、壁架、拱门、双尖塔以及优雅的立柱。这些精致的立柱仅有950纳米粗细。UpNano随后开发并推向全球市场的打印机更是突破了极限:可以水平打印小于200纳米的结构,垂直方向则可小于550纳米。

如此微小物体的制造得益于双光子光刻技术,该技术利用了两个光子之间的量子效应。这一过程触发材料固化,使塑料分子形成稳定的链状结构。“要让关键的光子对成功‘冲线’,我们需要发射海量的光粒子”, UpNano联合创始人兼首席技术官Peter Gruber解释道。“因为我们需要在时间和空间上都达到极高的光子密度,才能实现可控的聚合反应。”

铅笔尖上的 3D 打印城堡模型四视图
NanoOne打印系统制造的微型城堡,其极致精细的细节展现了惊人的工艺水平 。

精密激光技术实现了这一切

提供光子的激光器采用极短的高强度脉冲模式运作。此外,Peter Gruber指出,这种方法能实现高度精确:“在其他光基3D打印方法中,聚合反应沿整个光束路径被触发。因此,生产过程只能逐层进行。而双光子光刻技术允许我们将光子聚焦于一个微小点。通过我们打印机的高性能光学系统,这个点可在材料中自由移动。这使我们能够制造几乎任何几何形状的结构。”

除了微流控系统的通道和其他元件外,这项技术还可用于直接在单根光纤末端打印透镜。打印技术甚至可应用于现有微流控芯片,为其增添新结构。一个特殊的附加模块也可以打印含有活细胞的生物材料。三维结构的聚合反应仅在预设位置发生,确保间隙中的细胞保持完整。这些构造可模拟人体组织中的细胞簇。在这样的排列方式下,这些构造现已用于无需动物实验的药物试验。

微型内窥镜与试管婴儿体外受精的新突破

然而,当被问及具体应用时,UpNano的客户往往三缄其口。许多客户在极其保密的条件下使用这些设备。“我们仅了解少数具体应用,如体外受精中处理单个卵细胞,或制作微型内窥镜透镜”,Peter Gruber透露。“我们的客户主要集中在医疗技术、制药业和电信领域。越来越多行业正在挖掘微型化3D打印技术在其领域的创新应用。”

NanoOne打印机能够制造的物体尺寸范围跨越了从150纳米到40毫米以上的大尺度。四种不同分辨率的镜头确保了极致的灵活性。每小时超过450立方毫米的产量为高效生产奠定了坚实基础。高质量的激光光学元件和基底的精确对齐确保了印刷过程的精确性。基底被牢固地固定在一个可移动支架上。

NanoOne 平台的打印范围:从亚微米级到厘米级的结构细节
UpNano的NanoOne平台:可打印亚微米至厘米级结构细节,最大高度达40毫米 。

NanoOne设备中的FAULHABER驱动系统

“自动倾斜校正插件”这一名称生动描述了支架的核心功能:它能够校正将打印基底插入打印机时几乎不可避免的微小倾斜。基底可在三个轴(x、y和z)上精确调整,以达到最佳定位。”“我们实现了亚毫米级的平整度”,Peter Gruber自豪地强调。“这确保了激光光学系统的精确度能够真正进入印刷材料。更重要的是,关键组件与周围外部因素和外壳实现了有效隔离。因此,打印机可以轻松放置在任何稳固的桌面上,无需特殊安装。”

支架精确定位所需的机械动力源自三个FAULHABER 1512 ...SR IE2-8系列贵金属换向直流减速电机,这些电机集成了高精度编码器。创新的扁平绕组技术采用三个扁平、自承式铜绕组,实现了超紧凑设计:直径仅15毫米,长度仅14.3毫米。高性能稀土磁铁的应用使电机能够输出异常强劲的驱动扭矩。

除减速箱外,驱动系统还集成了一个高精度光电式编码器。“这些齿轮电机是我们需求的最佳解决方案”,Peter Gruber回忆道。“选用带编码器版本的建议来自FAULHABER,证明是明智之选。这大大提高了对准功能的精确度和流畅性。相对其微小尺寸,该驱动系统的大输出功率令人惊叹。其高精度在关键环节显著提升了我们NanoOne设备的打印质量。”

视频

产品

直流齿轮电机
1512 ... SR IE2-8
精密合金换向器,内置编码器
数据表
主要参数
名义电压:
3 ... 12 V
转矩上至:
30 mNm
最高输出转速:
779 min⁻¹
每圈线数最大:
8
编码器通道:
2
峰值转矩:
50 mNm
减速比:
6 ... 324
直径:
15 mm
长度:
14.3 mm
系列 1512 ... SR IE2-8

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