面投影微立體光刻（Projection Micro Stereolithography, PμSL）是一種面投影光固化3D打印技術(shù)，適用于制作微尺度的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，有著高分辨率雙重提升、高精度戰略布局、跨尺度加工、適用材料廣表現明顯更佳、加工效率高狀態、加工成本低等諸多特點(diǎn)。本文將從成型原理指導、最小加工特征尺寸廣泛認同、最大成型幅面、適配打印材料流動性、與其他3D打印技術(shù)的對比鍛造、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新等方面，對這一技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹持續創新。

圖1 基于PμSL3D打印技術(shù)制作的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)示例

      一改善、成型原理

     圖2所示為PμSL 3D打印技術(shù)的成型過程，首先使用建模軟件構(gòu)建出三維結(jié)構(gòu)模型協調機製；接著使用切片軟件對三維模型以一定大小的層厚進(jìn)行切片處理信息化，得到一系列具有特定圖案的二維圖片；然后采用PμSL 3D打印系統(tǒng)對切片后的每一層圖案進(jìn)行整面投影曝光實踐者；反復(fù)重復(fù)上一步驟并層層堆疊最終成型出所需的三維結(jié)構(gòu)取得明顯成效。

圖2 PμSL3D打印技術(shù)成型過程

      PμSL3D打印技術(shù)成型三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于光敏樹脂材料在紫外光的作用下發(fā)生光聚合反應(yīng)從而固化，而特定圖形的產(chǎn)生則依賴于打印系統(tǒng)中的DMD（Digital Micromirror device）芯片所生成的數(shù)字動態(tài)掩模數據。如圖3所示創新的技術，切片后的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到打印系統(tǒng)后，這些二維圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至DMD顯著，DMD根據(jù)圖像數(shù)據(jù)控制芯片上各個微鏡（即DMD上的每一像素點(diǎn)）的偏轉(zhuǎn)就此掀開。因此，光源發(fā)出的紫外光在到達(dá)DMD后將重新整形生成與圖形數(shù)據(jù)一致的光今年。最后穩步前行，經(jīng)調(diào)制后的光通過最終物鏡投影至液態(tài)樹脂材料表面，對特定區(qū)域進(jìn)行選擇性曝光從而生成特定結(jié)構(gòu)動手能力。此外逐步改善，打印系統(tǒng)還可通過打印平臺的移動，拼接打印出大幅面的圖形結(jié)構(gòu)重要的意義。

圖3 典型的PμSL3D打印系統(tǒng)

     二持續、最小加工特征尺寸

    通過控制投影物鏡的微縮倍率，PμSL 3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)幾微米甚至幾百納米的特征尺寸再獲。深圳摩方材料科技有限公司（以下簡稱“摩方"）基于在這一技術(shù)領(lǐng)域的多年沉淀產品和服務，自主研發(fā)出了一系列PμSL3D打印系統(tǒng)，已經(jīng)量產(chǎn)的產(chǎn)品最高光學(xué)分辨率可達(dá)2 μm（這里提到的光學(xué)分辨率是指投影光單個像素點(diǎn)的大畜w驗區。┰龆?。借助這一高分辨系統(tǒng)活動上，2 μm線寬二維網(wǎng)格線條和8.5 μm桿徑三維點(diǎn)陣得以實(shí)現(xiàn)（圖4）。

圖4 摩方3D打印系統(tǒng)打印的2 μm線寬二維線條和8.5 μm桿徑三維點(diǎn)陣

     三進一步推進、最大成型幅面

    PμSL技術(shù)采用整面曝光導向作用，其中曝光圖形由DMD控制產(chǎn)生。因此應用的選擇，一般情況下十大行動，PμSL 3D打印系統(tǒng)的最大成型幅面取決于光學(xué)分辨率大小以及DMD像素點(diǎn)數(shù)量，DMD成像芯片尺寸固定背景下，通過投影鏡頭只能實(shí)現(xiàn)固定的投影幅面綜合措施。最大成型幅面與系統(tǒng)光學(xué)分辨率呈矛盾關(guān)系，即當(dāng)提高系統(tǒng)光學(xué)分辨率時自然條件，其最大成型幅面相應(yīng)減小設計標準。拼接技術(shù)很好地解決了這一矛盾，使得高分辨將進一步、大幅面充分發揮、跨尺度打印得以實(shí)現(xiàn)發展成就。以摩方PμSL3D打印系統(tǒng)為例成就，固定投影打印與拼接打印的幅面如表1所示。

表1 固定投影打印與最大打印幅面對比

      四開展面對面、適配打印材料

     PμSL3D打印技術(shù)的加工成型基于材料的光聚合系統，因此其打印材料為光敏樹脂材料。針對不同應(yīng)用需求進一步提升，硬性樹脂空間廣闊、韌性樹脂、耐高溫樹脂改革創新、生物兼容性樹脂增強、柔性樹脂、透明樹脂交流等、水凝膠等諸多樹脂材料已商業(yè)化更加廣闊。除上述純樹脂材料以外，功能顆粒摻入樹脂中形成的復(fù)合樹脂材料同樣可用于打印提高，如磁性顆粒復(fù)合樹脂可以使用、陶瓷顆粒復(fù)合樹脂、金屬顆粒復(fù)合樹脂等紮實。

     五效高化、與其他3D打印技術(shù)的對比

    表2是PμSL技術(shù)與其他3D打印技術(shù)規(guī)格的對比，主要基于已商業(yè)化產(chǎn)品的規(guī)格對比投入力度。熔融沉積成型和聚合物噴射光固化是目前較廣泛的兩種3D打印技術(shù)創造，可實(shí)現(xiàn)大尺寸結(jié)構(gòu)的加工成型不難發現，但其精度相對較低。激光逐點(diǎn)掃描光固化和雙光子激光直寫技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)非常高的分辨率全技術方案，然而逐點(diǎn)掃描加工的特性極大地限制了其成型速度分享。此外，雙光子激光直寫技術(shù)的成型尺寸通常在毫米級信息化。相較而言方式之一，PμSL3D打印技術(shù)很好地平衡了高精度、高速度新型儲能、大幅面的特點(diǎn)創新能力。

表2 PμSL技術(shù)與其他3D打印技術(shù)的對比

      六、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新

     相較于實(shí)驗(yàn)室技術(shù)範圍，工業(yè)市場對這一技術(shù)提出了更多更高要求求得平衡，包括更廣泛的功能性打印材料、更大的打印幅面空間廣闊、更穩(wěn)定的公差控制等方面至關重要。深圳摩方材料科技有限公司在這一技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化上進(jìn)行了諸多工業(yè)級技術(shù)創(chuàng)新，例如增加氣泡消除系統(tǒng)服務品質、激光測距的發生、加熱打印等創(chuàng)新功能，用以進(jìn)一步提高打印質(zhì)量影響、精密控制加工公差新的動力、拓寬打印材料的范圍，以滿足精密工業(yè)設(shè)計(jì)和制造的需求穩定性。

本文對PμSL這一高精度像一棵樹、高速度、大幅面的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型加工技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹去突破，這一技術(shù)適用于復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)一次成型能運用、快速原型器件驗(yàn)證、小批量功能部件加工等智能設備，可用于多個應(yīng)用領(lǐng)域不可缺少。后續(xù)本公眾號將持續(xù)推出關(guān)于這一技術(shù)的應(yīng)用案例，敬請期待喜愛。