近年来，3D打印技术在微流体器件、生物医学设备、电子电路等多个领域展现了巨大的应用潜力。SLA作为增材制造技术的一种，通过光诱导聚合反应实现了三维自由形态结构的制造。然而，传统的SLA技术在制作含有负空间（如微流体通道或空隙）的复杂结构时，面临着分辨率受限的问题。这主要是由于紫外线光在树脂中的穿透深度导致的过度固化现象。
3D打印技术参考注意到，Carbon公司Clip技术的发明团队于本月在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，介绍了一种创新的注入连续液体界面生产（ iCLIP）技术，该技术通过控制流体力学，实现了高分辨率的3D微结构制作，打破了传统SLA技术在Z轴分辨率上的限制。
在SLA 3D打印过程中，UV光被用来选择性的固化树脂层以构建三维结构。然而，UV光在树脂中的穿透深度是一个关键参数，它决定了光能在树脂中穿透并引发固化的深度。传统的SLA方法在制作含有负空间的复杂结构时，UV光会穿透并累积在之前创建的负空间中，导致这些空间的过度固化，从而限制了结构的Z轴分辨率。目前，SLA技术解决负空间分辨率的方法多依赖于使用光衰减添加剂，但这些添加剂往往增加制造时间，具有毒性，并可能导致成品光学不透明。
通过高分辨率 iCLIP打印的微流体分配器、血管灌注床和微流体微阵列贴片
为了克服传统SLA技术的限制，研究人员开发了iCLIP技术。该技术通过连续注入新鲜的可聚合树脂来置换可能过度固化的树脂，从而保护设计的负空间并消除过度固化现象。iCLIP系统不仅提高了打印速度，还能使用高粘度树脂和多材料打印，进一步扩展了其在复杂结构制造中的应用。关于该技术，3D打印技术参考在2022年就进行过介绍。
CLIP与iCLIP的技术差异：（前者的材料在下方，后者通过上方注入）
具体而言，iCLIP技术通过以下方式工作：
新鲜树脂注入：在打印过程中，新鲜的可聚合树脂通过打印平台连续注入到负空间中，置换掉可能因UV光累积而过度固化的树脂。
流体动力学控制：通过精确控制注入树脂的流量和速度，确保负空间内的树脂保持新鲜，从而避免了UV光的累积和过度固化。
高分辨率光学控制：结合高精度的光学系统，确保UV光精确作用于当前打印层，实现XY平面的高分辨率。
iCLIP材料注射过程
研究人员通过一系列实验验证了iCLIP技术在制作高分辨率负空间结构方面的能力。首先，他们设计了具有不同直径和角度的微通道，并成功打印出了直径仅为50微米的微通道，这一结果显著超过了传统SLA技术所能达到的分辨率。
iCLIP支持多种微系统制造能力
进一步地，研究人员还探究了不同树脂的渗透深度与iCLIP技术所需的最小树脂周转率之间的关系。他们发现，为了实现高分辨率的负空间结构，必须在打印每一层之前替换掉负空间内的树脂，以避免UV光的累积。通过实验数据的分析，他们提出了一个模型来预测实现特定分辨率所需的树脂周转率。
iCLIP技术的出现为多种微系统的制造提供了新的可能性。例如，该技术可以用于制作具有高精度微通道的微流体器件，这些器件在生物医学、药物递送和传感器等领域具有重要应用。此外，iCLIP还可以用于制造具有复杂血管网络的生物组织工程支架，以及高性能的微电子元件。
本研究展示了iCLIP技术在高分辨率立体光刻中的独特优势，通过控制流体力学成功解决了负空间分辨率受限的问题。该技术不仅提高了SLA技术的Z轴分辨率，还为其在更广泛的领域中的应用开辟了道路。未来，研究人员可以进一步优化iCLIP系统的性能，如提高树脂注入的精确度和速度，以及开发更多种类的可聚合树脂，以满足不同应用的需求。
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https://www.pnas.org/doi/epub/10.1073/pnas.2405382121
2024/09/16 09:28
