供稿人：侯虎、連芩 供稿單位：西安交通大學精密微納制造技術全國重點實驗室 發(fā)布日期：2024-09-07
液固共印增材制造技術通過材料噴射實現(xiàn)了多材料三維流體裝置的一體化制造。這項技術的發(fā)展為微流體學、電化學傳感器、芯片實驗室設備以及軟體機器人等領域的應用提供了新的可能性。
傳統(tǒng)的增材制造技術在打印具有復雜內(nèi)部結構的流體裝置時面臨諸多挑戰(zhàn)，如支撐材料的去除和多材料集成的復雜性。液固共印技術的出現(xiàn)，通過同時沉積光固化和非光固化液滴，解決了這些難題。
在技術的進展上，液固共印技術能夠同時處理多種材料，包括光固化和非光固化液滴，為制造具有不同功能的集成系統(tǒng)提供了基礎。通過高速成像和計算流體動力學(CFD)模擬，研究了液滴在液體表面的沉積行為，揭示了液滴如何通過表面張力作用在液體表面形成固體層。基于實驗和模擬結果，提出了液固共印的設計規(guī)則，為微/毫流體裝置的設計提供了指導。如圖1（a）所示為液固共印過程示意圖，在每一層打印時，先將可以光固化的材料噴涂在平臺上進行光固化，以形成可以容納液體不可光固化材料的形狀，再將液體不可光固化材料沉積到已經(jīng)形成的腔體中。最終完成打印時對其進行封頂處理。如圖1（b）所示，打印過程在物體完成25%、50%、75%和100%時的時間演變。
圖1 液固共印打印過程示意圖
圖2 打印實物
此項技術有望在微流體電路和邏輯系統(tǒng)中，通過精確控制液滴沉積，可以制造出具有復雜流體通道和邏輯控制功能的微流體電路。在電化學傳感器和放大器中，利用不同材料的電化學特性，可以開發(fā)出新型的傳感器和信號放大器。在芯片實驗室設備中，該技術能夠集成多種生物化學分析功能于單一芯片上，推動了實驗室設備的微型化和便攜化。在軟體機器人方面，通過集成流體邏輯和控制單元，可以制造出更加復雜和靈活的軟體機器人。如圖2為液固共印打印的實物圖片。
液固共印技術的成功開發(fā)標志著增材制造領域的一個重要進展。它不僅提高了制造效率，降低了成本，還為設計和制造具有復雜內(nèi)部結構的流體裝置提供了新工具。未來，隨著材料科學和打印技術的進步，液固共印技術有望在更多領域得到應用，推動相關行業(yè)的技術革新。