Optomec发布新的微三维打印专利，用于气溶胶喷射技术

2021年6月30日，南极熊获悉，工业3D打印机制造商Optomec公司获得了一组新的专利授权，其中涉及使用气溶胶喷射3D打印技术来生产3D微结构的技术。

这种工艺通常用于印刷电子应用，可以制造出分辨率低至15微米的零件。这对人眼来说几乎是看不见的，大约是人的头发的宽度。据了解，Optomec在气溶胶喷射方面的突出能力已经得到了证明，他们可以加工包括聚合物、复合材料、甚至金属等一系列材料类型。

随着新专利的颁发，公司的知识产权组合现在共有75项专利，并在美国、亚洲和欧洲的受到专利保护。

Optomec公司首席技术官Michael Renn博士获得了这些新专利，使他的个人专利总数超过了50项。他说："Optomec公司继续对其核心技术进行大量投资，寻求扩大其气溶胶喷射解决方案已经广泛的应用范围。我们的3D打印微结构工作所展示的能力已经在半导体封装和医疗设备市场上看到了潜在的应用。"

△通过气溶胶喷射技术3D打印的微结构。图片来自Optomec

Aerosol Jet是如何工作的？

气溶胶喷射3D打印的工作原理是将少量的电子墨水精确地沉积到基材上。可喷射的墨水首先被放置在一个雾化器中，在那里会产生密集的墨滴雾。每个液滴的直径在1到5微米之间。然后，墨水从一个喷嘴中喷射出来，旁边还有一个环状保护气体，保护气体的作用是用一个环来包围气溶胶墨水。Optomec系统通常使用干燥的氮气或压缩空气作为保护气体。

当气体和墨水通过喷嘴的尖端时，它们被加速，3D打印气溶胶材料将自己集中成一束紧密的液滴。同时，护套气体将喷嘴与任何材料接触隔离开来，因此，堵塞从来不是一个问题。

由于Aerosol Jet中使用的油墨可以与导电的银纳米粒子集成，因此这种3D打印技术在电子应用中的表现相当出色。这包括电阻器、电容器、天线、传感器和薄膜晶体管等组件--过去所有这些都是在Optomec系统上制作的。这些组件的性能也可以通过Aerosol Jet 3D打印机的打印参数进行密切控制。

△Aerosol Jet 3D打印过程特写。照片来自Optomec公司

缩小到微米级的规模

Optomec公司的新专利，包括美国专利号10,994473，描述了一种3D打印微观结构的方法，利用原地加热或紫外线照明来改变气溶胶墨水沉积时的机械性能。

在紫外线照明的情况下，光线将部分固化飞行中的光聚合物墨滴，而加热元件将导致溶剂型油墨通过蒸发迅速干燥。根据该文件，这具有增加气溶胶墨水的粘度的效果，使其能够形成微小的、独立的三维结构。这种技术使Optomec公司实现了15微米的横向分辨率，以及100纳米的层厚和100倍的毫米高结构的纵横比。

尽管如此，Aerosol Jet并不是唯一能够制造微结构的增材制造技术。今年早些时候，弗莱堡大学的科学家们利用3D打印机制造商Nanoscribe公司的双光子聚合（2PP）技术，制造出分辨率仅为十分之几微米的玻璃硅微结构。使用该公司的新型 "Glassomer "聚合物基树脂，该团队3D打印的物体表面粗糙度为6纳米，远远低于许多其他玻璃部件中的40-200纳米。

在其他地方，3D打印机原始设备制造商Nanofabrica也以其旗舰产品Tera 250微打印系统而声名鹊起。Tera 250采用微型DLP光引擎，其工作原理是将紫外线投射到充满聚合物树脂的大桶中，并将其逐层固化为三维模型。这套打印系统能够在50 x 50 x 100毫米的构建体积上实现惊人的1微米精度。