
行業概述
目前能實現納米級制造(加工),并已經商業化或正在商業化技術路徑的大類包括深紫外光刻、納米壓印、電子束加工(電能最終轉化為熱能)、離子束加工(電能轉化為動能,離子刻蝕、離子鍍膜和離子注入),主要制造(加工)平面結構(例如集成電路、膜材等)。即使通過輔助工藝手段(如選擇性刻蝕、熱回流),也只能獲得2.5D結構(如金字塔結構、微針結構、微透鏡結構等)。而微納 3D 打印這一大類別的技術路徑(廣義概念也包括基于光聚合成型的灰度光刻)在復雜3D微納結構、高深寬比微納結構以及復合材料3D微納結構制造方面都具有很大的潛能和突出優勢,而且還具有設備簡單、效率高、用材廣泛、無需掩模或模具直接成型等優點。
微納3D打印技術現狀
從基本技術原理和工藝上劃分,微納 3D 打印可細分為微立體光刻(Micro Stereo Lithography, MSL/mSL或Masked Stereo Lithography Apparatus, MSLA) 、微激光燒結(MSLS) 、熔融沉積造型(Fused Deposition Modeling, FDM)、片材層壓(Laminated Object Manufacturing, LOM) 、雙光子聚合(Two-Photon Polymerization, TPP)、直寫成型技術(Direct Ink Writing, DIW) 、電噴印(Electro hydrodynamic jet printing, E-jet)、電化學沉積(Electrochemical Fabrication, EFAB)等技術路徑小類別。
微納3D打印技術涉及材料、物理、機械領域中多因素、多層次的極端復雜系統,在此條件下,應結合大數據和人工智能技術來研究這一極端復雜系統,在打印制造的多功能集成優化設計原理和方法上實現突破,發展形、性主動可控的智能微納3D打印技術;同時,應重視其與材料、軟件、人工智能、機械工程等的交叉研究,挖掘其在光子學、微光子學、微流道、生命科學、微納科技等領域,尤其是在生物醫學和納米科技等領域的巨大潛能。智能化微納3D打印技術和裝備的發展有望帶動未來增材制造技術的發展,提升3D打印技術應用的可靠性,創造出顛覆性的新結構和新功能器件,更好地支撐國家及國防制造能力的提升。
目前全球商用的生產微納打印系統(設備+材料)公司包括Nanoscribe、Boston Micro Fabrication(即摩方精密)、Microlight3D、UpNano(與Cubicure合作)、Heidelberg Instruments等基于光聚合成型技術的公司;此外還包括Nano Dimension(PCB打印)、3D Micro Print(微激光燒結)、Nano Fabrica(已被Nano Dimension收購)、Exaddon(電化學沉積)、Cytosurge(微流控+原子力顯微鏡)、Fluicell(微流控)等非光聚合成型技術路徑的微打印公司。
光聚合成型的微納3D打印代表性公司如下:
1. Nanoscribe
Nanoscribe成立于2007年,總部位于德國卡爾斯魯厄,擁有卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的技術背景和卡爾蔡司公司的支持。經過十幾年的不斷研究和成長,Nanoscribe已成為微納米生產的先驅和3D打印市場的領導者,推動著諸如力學超材料,微納機器人,再生醫學工程,微光學等創新領域的研究和發展,并提供優化制程方案。Nanoscribe將年營業額的25%投入到未來的微納制造技術的研發。其在全球擁有超過70位高素質的員工,致力于雙光子聚合技術的研發制造與售后服務事業。提供整套硬件,軟件,打印材料和工藝技術一站式服務,以協助用戶實現復雜三維微納米結構加工的需求。遍布全球30多個國家,超過2000名用戶正在使用Nanoscribe的產品。包括多所全球前十頂尖大學,例如哈佛大學,斯坦福大學,加州理工學院,牛津大學,倫敦帝國理工學院,蘇黎世聯邦理工學院等等。2021年,Nanoscribe被瑞典3D生物打印設備商CELLINK公司以5000萬歐元估值收購,收購后維持獨立運營。
2. Microlight3D
Microlight3D成立于2016年,總部位于法國,是一家生產用于工業和科學應用的高分辨率微尺度2D和3D打印系統的專業制造商。MicroFAB-3D光刻機是該公司于2019年推出的第一臺緊湊臺式雙光子聚合系統,一經推出便得到客戶的廣泛好評。MicroFAB-3D基于雙光子聚合激光直寫技術,可在各種光敏材料上制造出最小尺寸可達67nm的二維和三維特征結構,兼容各種聚合物,包括生物兼容性材料、醫用樹脂和生物材料,為微流控、微光學、細胞培養、微機器人或人造材料領域開辟了新的前景。
3. 摩方精密
重慶摩方精密科技股份有限公司(BMF Precision Tech Inc.),精密增材制造量身定做。其nanoArch®系列3D打印設備采用面投影微立體光刻(PμSL: Projection Micro Stereolithography)技術,是目前行業極少能實現超高打印精度、高公差加工能力的3D打印系統。PμSL技術使用高精度紫外光刻投影系統,將需打印模型分層投影至樹脂液面,快速微立體成型,從數字模型直接加工三維復雜工業樣件。該技術具有成型效率高、加工成本低等突出優勢,被認為是目前最具有前景的微尺度加工技術之一。作為高精密增材制造領域的企業,摩方公司已和眾多全球知名企業開展業務合作,包括GE醫療、美國強生、日本電裝、安費諾、泰科電子等,產品廣泛應用在連接器、精密醫療器械、消費電子、精密加工等行業。作為微納3D打印的先行者,在三維復雜結構微加工領域,摩方團隊擁有超過二十年的科研及工程實踐經驗。針對客戶在新產品開發中可能出現的工藝和材料難題,我們將持續提供簡易高效的技術支持方案。摩方自主研發的3D打印系統也已被北京大學、浙江大學、北航、中石油、英國諾丁漢、德國德累斯頓理工、新加坡南洋理工等眾多全球高校和科研機構所使用。
4. 魔技科技
魔技納米科技有限公司是三維微納制造領域集研發、生產、銷售、服務于一體的高新技術企業。核心研發團隊擁有12年以上超快激光三維加工設備研發經驗,致力打造具有自主知識產權的超穩定納米級三維激光光刻直寫制造系統,實現加工精度達70納米的三維加工能力,提供集先進光學系統、控制系統、整機設計于一體的光機電系統完整技術方案。深入生物醫療、光電通信、新材料、微納器件等多個產業應用領域,并擁有應用于多行業場景的成熟加工工藝。可定制研發適配各產業領域生產需求的個性化設備和產品,突破生物制藥、傳感、光電芯片、超材料等領域從科研到工業生產的屏障,將納米級制造精度和大范圍生產相結合,提供針對精密智造領域的整套專業解決方案。