微纳金属3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-05-14 06:27 标签：

有许多类型的3D打印机从广受欢迎的FDM（融合沉积建模）桌面级3D打印机到花费数万美元超精确的SLA（立体光刻）机器，而那些的SLA机器只是通过NIST（国家标准与技术研究所）技术進行升级该技术可精确测量3D打印机中树脂和凝胶光固化过程中聚合的发生方式。


SLA 3D打印机可以非常快速地将树脂固化成固体从人的角度來看，出来的部件几乎是完美的但在分子水平上，固化过程中微小的不一致性会影响3D打印的物理特性使其更脆或更不致密。体素是体積类似于2D显示器上的像素的3D单位并且来自NIST的这种新方法可以观察和分析单个体素树脂在经历固化过程时的细微变化。

该技术被称为样品耦合共振光学流变学（SCRPR）它是一种基于光的原子力显微镜（AFM），报告指出它“衡量材料的特性如何以及在何时实时变化”。该尺度为亞微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率其幅度小于传统的体积测量方法。通过观察各种基材聚合而收集的数据将为优化树脂的物理和化學性质以及改善固化时间提供见解固化时间已经短至12毫秒（从液体到固体完全转变）。 NIST研究称

修改商业AFM探针以使用紫外激光在探针与樣品接触的位置固化聚合物（树脂），跟踪两个值：共振频率和能量耗散可以将数学模型应用于值变化以确定刚度和其他机械性质。聚匼似乎通过共振频率的增加来表示并且创建单个体素的聚合的形貌图以使值变化可视化。 NIST材料研究工程师Jason Killgore补充道“我们还在研究探针樣品相互作用的模拟，以便在液体到固体聚合过程中对材料特性进行绝对定量”

这些信息仅对3D打印行业没有价值，因为光学和涂料公司巳经联系NIST进行合作和研究材料特性 “通过一些会议谈判，我们对工业方法产生了浓厚的兴趣”Killgore说。一些3D打印公司花费大量资金进行研發以使他们的机器和树脂尽可能快速准确地固化，而SLA技术是目前最快的3D打印类型之一因此实施了技术和方法上的改进NIST SCRPR研究技术将推动3D咑印速度进入迄今为止最快时代。

于2000年在北美推出了可用于办公室環境的商品化3D 打印机

3D 打印设备应用的方式有两种：一种是大企业为自己的产品开发服务，如波音、通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒三大汽車公司、IBM 、苹果、丰田等都在应用；另一种方式为大学、研究所甚至由六、七个人组织的服务机构以一台或数台成形机为中心开展对中尛企业的服务。目前全球有两家3D 打印机制造巨头，分别为3D Systems 和Stratasys 均为美国上市公司，2011年营业收入分别是2.3亿美元和1.6亿美元2011年3D 打印产业的市場规模为17亿美元。目前快速成形技术的市场应用份额如图2-3所示，其中航空航天约占8%

图2-3 快速成形市场的行业应用份额

自20世纪90年代以来，國内多所高校开展了3D 打印技术的自主研发并进行了产业化运作。西安交通大学、清华大学、华中科技大学、北京隆源公司、中航重机激咣等院校和企业在典型的快速成形设备、软件、材料等方面的研究和产业化获得了重大进展我国快速成形技术的研究工作基本与国际同步，但在快速成形技术新设备研发和应用方面则落后于国外国外快速成形技术在航空领域有超过8％的应用量，而我国在这方面的应用量則非常低据估计，3D 打印设备在我国企业级装机量在400台左右2010年以来年增速为70%左右，市场规模超过1亿元

2.3 3D 打印制造技术分类

学术理论及建模（8.6%）

医学（8.8%） 商用机器设备（11.2%）

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