Войти
Трехмерное (3D) микропроизводство относится к технологиям производства, которые включают наслоение материалов для создания трехмерной структуры в микроскопическом масштабе. Эти структуры обычно имеют размер микрометров и широко используются в микроэлектронике и микроэлектромеханических системах.
Как и их макроскопический аналог, микроструктуры могут быть созданы с использованием методов быстрого прототипирования. Эти методы обычно включают наслоение некоторого количества смолы, причем каждый слой намного тоньше, чем тот, который используется в обычных процессах, для получения микроскопических компонентов с более высоким разрешением. Слои в таких процессах, как электрохимическое производство, могут быть от 5 до 10 мкм. Создание микроскопических структур аналогично традиционным методам аддитивного производства в том, что модель автоматизированного проектирования разрезается на соответствующее количество двумерных слоев для создания траектории движения инструмента. Затем за этой траекторией следует механическая система для создания желаемой геометрии.
Популярным приложением является стереолитография (SLA), которая включает использование ультрафиолетового света или лазерного луча на поверхности для создания слоя, который затем опускается в резервуар так, чтобы новый слой может быть сформирован поверх. Другой широко используемый метод - это моделирование наплавлением (FDM), при котором движущаяся головка создает слой путем плавления материала модели (обычно полимера) и выдавливает расплавленный материал на поверхность. Другие методы, такие как селективное лазерное спекание (SLS), также используются в аддитивном производстве трехмерных микроструктур.
Создание типичного лазерного микротехнология Лазер- Основанные на технологиях методы являются наиболее распространенным подходом для создания микроструктур. Типичные методы включают использование лазеров для добавления или вычитания материала из объемного образца. Недавние применения лазеров включают использование ультракоротких импульсов лазеров, сфокусированных на небольшую площадь, для создания многослойного рисунка для создания структуры. Такое использование лазеров известно как лазерная прямая запись (LDW). Микроскопические механические элементы, такие как микродвигатели, микронасосы и другие микрофлюидные устройства, могут быть произведены с использованием концепций прямой записи. Помимо аддитивных и вычитающих процессов, LDW позволяет изменять свойства материала. Механизмы, которые позволяют эти модификации, включают спекание, микростереолитографию и многофотонные процессы. Они используют серию лазерных импульсов для доставки точного количества энергии, вызывающего физические или химические изменения, которые могут привести к отжигу и структурированию поверхности материала.
Микростереолитография - обычное дело техника, основанная на принципах стереолитографии. 3D-компоненты изготавливаются путем многократного нанесения слоев фотополимеризуемой смолы и отверждения под ультрафиолетовым лазером. В более ранних системах, в которых используется этот метод, используется принцип сканирования, в котором сфокусированный световой луч фиксируется в одном месте, а этап трансляции перемещается для создания каждого слоя вектор за вектором. Более быстрая альтернатива включает использование принципа проецирования, при котором изображение проецируется на поверхность смолы, так что облучение слоя выполняется только за один этап. Результаты с высоким разрешением позволяют изготавливать сложные формы, которые в противном случае было бы трудно изготовить в таких небольших масштабах.
Многофотонная литография может использоваться для 3D-печати структур с субмикронным разрешением. В процессе используется фокусировка лазера для фотополимеризации смолы или стекла в определенной точке. Перемещая фокусную точку в трехмерном пространстве и укрепляя среду в разных точках, можно построить желаемую геометрию. В настоящее время существуют ограничения на разрешение элементов геометрии, построенной с помощью этого метода. Ограничения относятся к среде, из которой создается геометрия, а также к точности фокуса лазера.
Аддитивные процессы включают наслоение материалов в определенный узор. К ним относятся лазерное химическое осаждение из паровой фазы (LCVD), при котором используются органические прекурсоры для нанесения рисунков на структуру или объемный материал. Это приложение можно найти в области электроники, в частности, при ремонте массивов транзисторов для дисплеев. Другой аддитивный процесс - это лазерно-индуцированный прямой перенос (LIFT), в котором используются импульсные лазеры, нацеленные на подложку с покрытием для переноса материала в направлении лазерного потока. LIFT использовался для производства термоэлектрических материалов для переноса, полимеров и для печати медных проводов.
Сейчас основное внимание уделяется трехмерным микроструктурам, они были сосредоточены во многих микросистемах, таких как электронные, механические, микрооптические и аналитические системы. И когда эта технология развивается, мы обнаружили, что традиционных и традиционных технологий микрообработки, таких как поверхностная микрообработка, объемная микрообработка и процесс GIGA, недостаточно для изготовления или производства наклонных и изогнутых трехмерных микроструктур.
Базовая установка наклонного УФ-экспонирования включает обычный УФ-источник, контактный столик и наклонный столик. Кроме того, между верхней и нижней пластинами контактного столика помещаем фотошаблон и подложку, покрытую фоторезистом, и фиксируем ее, подталкивая нижнюю пластину винтом. Затем мы можем подвергнуть фоторезист наклонному УФ-излучению.
Пример процесса изготовления: Су-8 - отрицательный толстый фоторезист, который используется в новом методе трехмерного микропроизводства с наклонной / поворотной УФ-литографией. Во время процесса мы наносим СУ-8 50 на кремниевую пластину толщиной около 100 мкм. Затем запекайте резист на плите с температурой 65 ° C в течение 10 минут и на плите с температурой 95 ° C в течение 30 минут. Он контактирует с фотошаблоном с помощью контактного столика. Эта ступень опирается на наклонную ступень, и резист подвергается воздействию ультрафиолета. Доза УФ-излучения 365 нм составляет 500 мДж / см. После экспонирования резист обжигается после воздействия на плите с температурой 65 ° C в течение 3 минут и на плите с температурой 95 ° C в течение 10 минут. В конце резист проявляется в SU-8 в течение 10–15 минут при комнатной температуре при легком перемешивании, а затем промывается изопропиловым спиртом. Кроме того, может быть много других процедур. Например, наклонная УФ-литография, наклонная и поворотная УФ-литография и литография с использованием отраженного УФ-излучения.
Когда след падающего УФ-излучения под прямым углом находится на прямой линии, то рисунки фотошаблона переносятся на резист. Когда говорят о процессах наклонного УФ-облучения, УФ преломляется и отражается, что позволяет изготавливать различные трехмерные структуры. Микроструктуры, изготовленные с помощью технологии трехмерного микропроизводства, могут быть напрямую связаны с множеством микросистем. Также его можно использовать в качестве форм для гальваники. В результате эта технология может применяться в различных областях, таких как фильтры, смесители, форсунки, микроканалы, световодные панели ЖК-монитора и многое другое.
Создание сложной трехмерной микроструктуры может быть очень сложной задачей при разработке новых материалов для оптики, биотехнологии и микро / наноэлектроники. 3D-материалы могут быть изготовлены с использованием множества методов, таких как двухфотонная фотолитография, интерференционная литография и литье. Но 3D-структурирование с использованием этих методов очень сложно экспериментально. Это может ограничить их масштабирование и широкую применимость.
Природа предлагает множество идей для создания новых материалов с превосходными свойствами. Самосборка и самоорганизация, являющиеся основным принципом образования структур в природе, вызывают значительный интерес как многообещающие концепции для создания интеллектуальных материалов.
Гидрогели, реагирующие на раздражение, имитируют набухание / сокращение растительных клеток и вызывают макроскопическое срабатывание в ответ на небольшие изменения условий окружающей среды. В большинстве случаев однородное расширение или сжатие во всех направлениях может привести к изменению условий. Кроме того, неоднородное расширение и усадка может привести к более сложному поведению, такому как изгиб, скручивание и складывание, и они могут происходить с разной величиной в разных направлениях. Использование этих явлений для проектирования структурированных материалов может быть очень привлекательным, поскольку они позволяют просто и без шаблонов создавать очень сложные повторяющиеся 2D- и 3D-модели. Однако они не могут быть изготовлены с использованием сложных методов изготовления, таких как двухфотонная и интерференционная фотолитография, как упоминалось ранее. Преимущество самосвертывания заключается в возможности быстрого, обратимого и воспроизводимого изготовления полых трехмерных объектов с контролируемыми химическими свойствами и морфологией как снаружи, так и внутри.
Одно из экспериментальных применений самосгибающихся материалов - макаронные изделия, которые поставляются плоскими, но складываются в желаемую форму при контакте с кипящей водой.
Один фактор, ограничивающий широкое применение Самосворачивающиеся полимерные пленки - это стоимость изготовления. Фактически, полимер может быть нанесен путем формования и окунания покрытия в условиях окружающей среды, изготовление полимерных самосгибающихся пленок существенно дешевле, чем изготовление неорганических пленок, которые производятся методом вакуумного напыления. Другими словами, не существует метода дешевого и массового производства самоворачивающихся полимерных пленок, существенно ограничивающего их применение.
Для решения этих проблем будущие исследования должны быть сосредоточены на более глубоком изучении складывания, чтобы можно было проектировать сложные трехмерные конструкции, используя только двухмерные формы. С другой стороны, поиск способа дешевого и быстрого производства большого количества самосгибающихся пленок может быть очень полезным.
