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3D结构的超材料器件由于能通过增加入射电磁波和结构之间的重叠空间来增强光与物质的相互作用并在调控太赫兹波方面提供额外的自由度，展现出比传统平面2D结构超材料更大的应用潜力。然而传统的制造方法在制备3D结构器件上依然存在许多障碍，通过集成光刻、沉积、蚀刻、LIGA等一系列程序来制造3D复杂结构不仅存在耗时和经验要求高等缺点，且所构建的复杂3D结构无法满足需求。
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新的加工工艺不断被提出以开发此类复杂3D结构超材料器件，主要的新方法包括剪纸/折纸工艺、3D打印技术、液态金属填充技术等。其中，3D打印技术虽能胜任复杂几何结构的制造，但在太赫兹超材料的特征尺寸范围内，大多数3D打印方法在打印过程中只能使用单一材料，而许多器件同时需要多种材料来支撑复杂的结构和电磁功能，因此需结合其它步骤来引入额外的材料。如课题组前期工作提出的制备工艺，在通过微纳3D打印技术直接进行主体结构成型后还需使用镀膜工艺完成器件的金属化，由于3D打印技术的阶梯效应，3D打印结构不能太复杂，否则会对金薄膜的连续性造成不利影响，使所谓的3D结构实际上成为2.5D结构。在此情形下，将液态金属填充到微流道中的液态金属填充技术在克服此问题中具有独特的优势。液态金属填充技术不仅可提供构造复杂几何形状的替代方案，还可提供新的金属化策略。因此，西安交通大学张留洋老师课题组利用摩方精密提供的nanoArch S130打印系统，提出了一种将微纳3D打印技术与微流道液态金属填充技术相结合的微结构制备工艺，作为概念验证，通过所提出的制备策略制备了两种具有宽带和多频段特性的典型超材料，实验获得了与理论仿真吻合较好的响应光谱。该论文以“Broadband and Multiband Terahertz Metamaterials Based on 3-D-Printed Liquid Metal-Filled Microchannel”为题发表在《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》期刊上。
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图 1 3D太赫兹超材料的制造工艺示意图：(a)PμSL 3D打印系统，(b)3D打印超材料样品和(c)超材料样品的真空泵送和液态金属填充装置。相较于传统MEMS工艺善于加工2D结构的不同，微纳3D打印技术在构建复杂3D结构方面具备显著优势。图 1为3D结构微流道器件的加工流程图，流程简述如下：通过3D打印机（图 1(a)）逐层固化BIO树脂，得到包含微流道结构样品（图 1(b)）；将所得树脂结构浸入异丙醇中约10分钟以洗掉微流道中残余的树脂；最后进行液态金属填充实现金属化，液态金属填充装置如图 1(c)所示。为证明所提出制备工艺的可行性，首先设计了如图 2所示的太赫兹宽带吸波器，其超分子由两个相互贯穿的圆盘组成。填充前后的结构在光学显微镜下的情形分别如图 3(a)和图 3(c)所示，在充分填充后按图 3(f)中的流程冲洗表面多余的液态金属。从图 3(e)可看出，实验光谱和仿真计算光谱均显示出高吸收率、大带宽的特征，表明所提出的吸波器能在宽频率范围内有效吸收入射太赫兹波。
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图 2 基于微流道的太赫兹宽带吸波器：(a)阵列和(b)超分子。
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图 3 3D打印宽带吸波器液态金属填充前(a)和填充后(c)的光学显微图像，(b)和(d)为局部放大图；(e)模拟和测量的吸收光谱；(f)吸收器顶部多余的液态金属冲洗示意图。类似地，依据所提出的制备工艺，设计并制备了第二种太赫兹超材料（图 4），其由两对垂直交叉的开口环组成，在完成液态金属填充后能在频率为0.1至3.0 THz的范围内形成了五个共振波谷，因此该基于垂直开口环的超材料可归类为多带太赫兹超材料。每一个共振波谷的反射都接近或超过-20 dB，表明吸收率可达到99%。此外，橙色线表示通过THz-TDS测量的反射谱，其中谐振频率和振幅与模拟结果基本一致。
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图 4 基于微流道的多带太赫兹反射器件：(a)阵列和(b)超分子。
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图 5 太赫兹多带超材料的显微镜图像：(a)液态金属填充前和(c)液态金属充填后；(b)和(d)为相应的放大图像。(e)模拟和实验测量的反射光谱。https://doi.org/10.1109/TMTT.2023.3278945欢迎各位专家学者提供稿件（微纳3D打印相关研究成果、前沿技术、学术交流）。投稿邮箱：bmf@bmftec.cn。该文章发布的目的在于传递更多信息，如涉及作品内容、版权或其它问题，请于我司联系，我们将在第一时间删除内容！最受关注文章TOP 5
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主题： 高精密3D打印技术在5G通讯领域的创新应用
时间： 2020年5月26日下午14:00-15:00
直播讲师单位： BMF深圳摩方材料科技有限公司、安费诺集团(Amphenol Corporation)
直播合作：南极熊
BMF深圳摩方材料科技有限公司，是全球微纳尺度3D打印技术及颠覆性精密加工能力解决方案提供商。作为高精密增材制造的领军企业，摩方公司已和众多全球500强企业开展业务合作，包括安费诺、Merck、强生、GE医疗、3M、泰科、华为、立讯等，产品广泛应用于连接器、内窥镜、医疗器械、消费电子、包装和通讯等行业。
安费诺集团(Amphenol Corporation) 是全球四大连接器供应商之一。安费诺实施全球化的战略方针，在全球电信市场、手机市场和数据交换市场都是遥遥领先的供应商；产品主要应用于通信及信息处理领域。安费诺（常州）连接系统有限公司创建于1996年，是美国安费诺公司在中国的子公司之一。
本次直播主要讲述的是摩方高精密3D打印技术在工业领域，尤其是连接器行业的创新应用。
产品特点：
摩方nanoArch系列3D打印设备采用面投影微立体光刻（PμSL:Projection Micro Stereolithography） 3D打印技术，该技术具有成型效率高、制造成本低和打印精度高等突出优势，被认为是目前最具有前景的微尺度加工技术之一。
全球领先的超高打印精度（2μm/10μm/25μm），高精密的加工公差控制能力（±10μm/±25μm/±50μm），配置韧性树脂、硬性树脂、耐高温树脂、生物树脂等创新打印材料，使得nanoArch系列3D打印系统可直接成型精密塑料结构件和功能器件，无需再经过抛光、打磨、喷涂等后处理工艺，可为客户实现小批量的精密塑料零件快速加工。
观看直播：请到南极熊3D打印网查看报名入口
直播提纲：
BMF摩方：
①5G通讯连接器行业背景及加工需求；
②加工方法及其面临的挑战；
③BMF 高精密3D打印技术及其解决方案；
④BMF 高精密3D打印在工业领域的应用
Amphenol安费诺：
①安费诺简介；
②Amphenol对高精密3D打印的需求；
③安费诺&摩方合作进展；
④安费诺&摩方未来合作的展望
直播抽奖：
只需按照“我认为摩方高精密3D打印可以用在**领域/打印***”发到直播间讨论区，BMF摩方将选择最具创造性+实际操作可行性的3个点子，赠送3名观众每人1个摩方高精密3D打印的模型。返回搜狐，查看更多
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3D打印有两个不同的发展方向。一个是宏观方面的，即大尺寸的3D打印技术；另一个是微观方面的，即能够制造精密结构的3D打印技术。这种技术称为微纳米尺度3D打印。在精密结构的3D打印技术领域，深圳摩方材料是该领域的领先者。
摩方材料专有的技术称为“PμLSE”（Projection Micro Litho Stereo Exposure），即“面投影微立体光刻”，通过紫外光固化树脂来成型。这种3D打印技术能制造小型机械部件，如微型弹簧、特殊形状的电子接插件，甚至能制造心血管支架这样极为复杂的医疗器件。
Δ微纳米3D打印
微纳米尺度3D打印是目前全球最前沿的先进制造领域之一。复杂三维微纳结构在微纳机电系统、精密光学、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子和印刷电子等领域有着巨大的产业需求。
摩方简介
提到摩方材料，用一句话评论就是，这是一家微纳尺度3D打印及颠覆性精密加工能力解决方案提供商。目前，在摩方担任资深科学家的有公司联合创始人兼麻省理工学院终身教授方绚莱教授、美国工程院院士、光学专家William Plummer教授，及被誉为“全球眼镜学之父”的MoJalie教授。
摩方的微纳米级3D打印技术被《麻省理工科技评论》列为2015年全球10大颠覆性技术突破第二名，也是该领域公认的全球4支前沿团队中唯一的华人团队。
Δ微纳米尺度3D打印
微纳制造，精密必现
大家都知道，传统的切削加工，包括机械、激光、超声切削，属于减材制造。减材制造最难以实现的部分之一体现在装配上。尤其是在微尺度结构领域，增材制造去除了组装的难度，甚至能够取代装配的步骤。在打印精度方面，传统加工制造很难达到比较高的精度，而微观的打印能够轻易地达到10微米以下。
Δ三维点阵模型
Δ微型弹簧
Δ超高XY打印精度
3D打印的潜在优势，体现在批量的个性化制造。在宏观领域，相对比较难实现批量制造；而微结构的3D打印领域，为大规模个性化制造提供了可能性。
方绚莱教授为我们举了一个例子：第一代的集成电路只有4个单元，经过几十年的发展，如今的集成电路有几千万个单元，这是随着科技进步精细度不断提升的结果。又比如，手机上的相机成本可以做到几美元一个，而传统的单方相机还是几千美元。3D打印的微观精密结构就在这些领域体现出了它的价值。
Δ微缩艺术品：唐代佛像
Δ微缩艺术品：无锡玉飞凤
Δ生物支架
Δ三维点阵模型
不是竞争对手，而是重要补充
我们知道德国公司Nanoscribe，与摩方的技术路线类似，2017年收入已达几千万美元，销售了150套设备，主要来自于3D打印机销售及微制造服务。Nanoscibe的技术路线虽然与摩方相似，但针对的是不同的用户。
ΔNanoscribe双光子3D打印（图片来源：Nanoscribe）
在目前阶段，虽然Nanoscibe已经卖出了150套设备，但是在市场上远远没有被满足。在摩方看来，工业领域市场还有更大的需求，有着非常广阔的应用空间。摩方真正的目标并不是取代Nanoscibe，而是要升级传统生产加工设备，类似传统注塑等方式。因此需要更多的用户来理解、合作，扩大认知程度。只有3D打印真正融入生产链，这个市场才能被培育起来。
据了解，深圳摩方材料科技有限公司自主研发的3D打印系统已被美国麻省理工学院（M.I.T）、阿联酋MasdarInstitute、南京大学、西安交通大学、中国科学院纳米所、香港城市大学等世界顶级科研机构使用。
Δ摩方材料3D打印设备nanoArchP140，采用PμLSE（面投影微立体光刻）技术，用于实现高精度多材料微纳尺度3D打印的设备
前景无限的3D打印高精度眼镜片
中国框架镜片市场年均销售额600亿元，其中镜片市场180亿元（相比之下，整个中国3D打印市场还达不到100亿元）在整个镜片行业中技术含量较高的镜片设计、驱动控制软件、模具加工、合成高折射树脂材料等环节，均被美国、欧洲、日本等境外公司掌控。3D打印镜片，将是一个重大的技术应用突破。
传统的眼镜片，均是以25度为单位。即100度，125度，150度……然而，人眼是复杂器官，每只眼睛都不同。据此，摩方提出以5度进阶的高精度、且可个性定制化生产的微纳3D打印新型镜片，为公众带来更健康、更符合人体需求的定制化镜片。
5度为基准的验光使患者有更精确的镜片选择，使眼睛处于放松状态。大量使用者日常佩戴后，从清晰度及舒适度角度，均有大幅提高。
3D打印镜片对于眼镜行业的意义犹如活字印刷对于出版业的意义，这种新技术能带来更快、更经济、更灵活、更准确的镜片生产。我们相信这种技术能够让视力障碍患者获得更舒适、光明的未来。
独特的3D打印材料
我们曾经介绍过方绚莱教授研发出受热收缩的3D打印超材料。方绚莱教授告诉我们，除了这种受热收缩的超材料，最近Nature杂志刊登了一项新的研发成果：磁性机器人。利用磁场驱动的机器人能够在很短的时间里改变其构型，按照预见设计好的方式进行形变。这种快速响应、利用磁场驱动的特性，只有在微观条件下才能实现，在宏观领域无法找到这样的例子。只有尺寸做到足够小，反应速度才能提升，对外场的响应形变才能更明显。
Δ负热膨胀多材料样件
未来：更多应用
在其它领域，摩方还处于更早期的阶段，但是我们已经看到了无限前景。微纳3D打印能实现的精密器件数不胜数，例如心血管支架、内窥镜、特定的电子接插件等。这些领域与国内的产业链结合，还需要一定时间。
Δ生物支架
Δ微纳3D打印微流控样件
和所有新兴技术一样，微纳3D打印正变得更加精密、功能更强大、成本更低。当然新的技术出现时，也会面对一定的挑战。借用一句行话：“追求越极致，挑战就越大”。我们相信在未来微纳米尺度3D打印能够在更多领域发挥出更大的价值。返回搜狐，查看更多
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