CADworks3D推出ProFluidics 285D：多应用微流体 3D 打印机

2023年9月18日，南极熊获悉，加拿大3D打印机制造商和3D材料开发商CADworks3D推出了一款专为微流体应用设计的高精度DLP 3D打印机：ProFluidics 285D。这种革命性的机器重塑了研究人员对微流体器件制造的思考方式，并为昂贵、耗时耗力的传统制造技术提供了一种新的替代解决方案。

相反，ProFluidics 285D开辟了简化且易于实施的工作流程。它是一种多功能机器，一台 3D 打印机可以生产各种微流体器件，例如具有封装功能的透明器件、PDMS 器件的母模以及生物相容性器件或结构。搭配上 CADworks3D 的 3D打印材料系列，研究人员可以可靠地生产 100μm 通道，甚至更小，具体要取决于设备的设计。

ProFluidics 285D 的设计人员表示：“CADworks3D 的最终目标是通过为微流体研究人员提供一个经济实惠、易于采用且多功能的 3D 打印系统来增强他们的能力，而且所有这些都不会牺牲高分辨率打印质量。”

△图 A. ProFluidics 285D 的技术规格。 图片来自 CADworks3D。

标准 DLP 3D 打印如何工作？

数字光处理 (DLP) 是聚合 3D 打印或树脂 3D 打印中最常用的技术之一，可将数字计算机辅助设计 (CAD) 转化为可用的 3D 对象。这项技术的支柱是数字投影仪，它将紫外线照射到称为数字微镜设备 (DMD) 的微镜阵列上。这些镜子将紫外线反射到一层光敏树脂上，并使其固化成要打印的物体的形状。这个过程逐层重复，直到创建整个对象。（见图 B，左侧）。

CAD 文件被分割成多个层，类似于CT 扫描的切片。每层进一步分为像素网格，每个像素对应于 DMD 中的一个单独的镜子。打印图层时，投影仪会激活与构建 CAD 文件所需的像素相对应的镜子。当镜子被激活时，它们将紫外线反射到液体树脂上，并将其精确地固化在像素上。当镜子停用时，它们不会发光，从而使这些树脂区域未固化。（参见图 B 右侧）投影像素尺寸以微米 (μm) 表示，与打印机技术规格中列出的 XY 分辨率一致。

△图 B.DLP 3D 打印技术工作原理的描述。 图片来自 CADworks3D。

ProFluidics 285D 如何超越标准 DLP 3D 打印：打印极其平滑的曲线和形状

当 CAD 文件的某些部分平分像素时会发生什么？标准 DLP 打印机将评估设计覆盖给定像素的程度，并使用二进制舍入函数在打印过程中激活或停用整个像素。结果是设备表面具有明显的方格图案和阶梯状曲线（见图 C，左侧）。通常，设备最终会偏离原始 CAD 文件。

ProFluidics 285D 以其动态像素优势解决了这个问题。ProFluidics 285D 提供 28.5μm 的动态 XY 分辨率，在精确解析设计特征方面（甚至是平分像素的设计特征）提供了显著改进。打印设备与预期设计非常相似，与现有可用平台相比，立方体图案和噪音的出现被最小化（见图 C，右侧）。借助这项技术，ProFluidics 285D 可以成功打印具有 180 度转弯、复杂蛇形通道和其他复杂几何形状的特征。

△图 C. 比较标准 DLP 打印机和ProFluidics 285D 的打印结果。图片来自 CADworks3D。

应用 1：透明封装设备

ProFluidics 285D 可以生产不同类别的微流体装置，第一种是具有封装通道和功能的透明装置。

这些封装通道的可行性和规模是这些设备的关键方面，借助 CADworks3D 的透明微流体树脂，ProFluidics 285D 表现出色。只需一次打印作业即可制造器件，无需组装多个部件，并且 XY 方向打印的封装通道可精细至 80μm。研究人员还可以创建更多新颖的设计，结合 Z 高度的变化，例如螺旋线圈（见图 D）。

后处理是一个快速而简单的过程。根据设备的高度，打印即用设备的整个过程可以在一个多小时内完成。无需表面涂层或抛光即可实现光学透明度，从而消除了其他方法和材料所需的几个通常繁琐的后处理步骤。透明微流体树脂在荧光灯下呈惰性，使其适用于显微镜和成像。

△图 D. 透明微流体装置，具有 100μm 通道和围绕一系列腔室的 200μm 螺旋线圈。 在 ProFluidics 285D 上打印。 图片来自 CADworks3D。

应用2：PDMS器件母模

当使用光刻等传统技术时，母模的制造成本高昂、耗时且艰巨。ProFluidics285D 将主模具的制造从洁净室转移到工作台一侧，从而明显加快了流程。研究人员能够在短短几个小时内 3D 打印、清洁和固化主模具，并在一个工作日内铸造出 PDMS 设备并准备好粘合到基材上。

借助 CADworks3D 的PDMS Device Resin 主模具，您可以打印通道宽度小至 50um 的模具。打印的模具展现出卓越的细节和光滑度，平均测量 Ra 值为 0.18μm。这些打印母模非常耐用，可以承受在烤箱中铸造和固化 PDMS 所需的温度，并且可以重复使用，从一个母模铸造数百个 PDMS 器件。

光聚合物树脂经过精心配制，无需任何脱模剂、涂层和其他预处理工艺即可成功清洁 PDMS 铸件。此外，打印母版不会将任何化学物质渗入到铸造的 PDMS 上，因此所得的 PDMS 器件保留了其生物相容性。

△图 E. 在 3D 打印母模中铸造的PDMS 器件。 融合了 50μm-300μm 之间的多种设计特点； 来自蛇形通道、微球和孔。 在 ProFluidics 285D 上打印。 图片来自 CADworks3D。

应用 3：生物相容性设备和结构

ProFluidics 285D 扩展了生物相容性设备的主题，在开放材料系统上运行，使用户能够使用第 3 方材料进行打印。它装有配备 385nm LED 光源的投影仪，因此，ProFluidics 285D 可以使用市场上提供的多种生物相容性 3D 树脂进行打印，用于生物支架等用途（见图 F）。

3D 打印生物支架的一个独特特性是能够打印交错的晶格结构（见图 G）。这创建了一个更加随机的结构，使细胞能够沿着偏差生长并促进更均匀的生长分布。以Detax Freeprint Ortho Resin 为例，ProFluidics 285D 能够在短短一个多小时内打印生物支架，其支柱细至 100μm，间距范围在 700μm-1400μm 之间。

△图 F. 具有 100 µm 支柱且间距在700 µm-1400 µm 之间的生物支架。 在 ProFluidics 285D 上打印。 图片来自 CADworks3D。

△图 G. 构成图 F 中 3D 打印生物支架的交错晶格的 3D 渲染。图片来自 CADworks3D。

致力于推动微流体研究

现有的 3D 市场通常提供从其他行业重新利用的微流体解决方案，因此研究人员的需求和打印机的功能之间经常存在差距或完全不匹配。微流体设备需要低于 100 微米的打印精度，而许多主流平台无法提供所需的规模或质量。

CADworks3D 的ProFluidics285D和材料在配制时仅考虑了微流体应用。它们共同为研究人员提供了完整的套件，满足了对更精细打印特征的需求，封装通道和开放通道的最小通道尺寸分别为 80μm 和 50μm。它支持新的创新工作流程，节省研究人员的时间、劳动力和金钱成本。只需几个小时就可以生产三到五台设备，每台设备 5g，成本约为 2.05 美元 -2.55 美元。与传统的制造方法或将制造外包给第三方 3D 打印服务的成本相比，使用完整的内部 3D 打印平台的好处变得显而易见。