賦能高端制造，微納3D打印助力新材料產業突圍

新材料行業作為國家戰略新興產業之一，為制造業尤其是高新技術產業帶來顛覆性的變化。隨著高端制造、新能源、生命健康、半導體、醫療器械等產業對“結構精度”和“功能微型化”需求不斷攀升，關于新材料的研究和創新研發，也不短朝向小體積、硬強度、輕量化、高質量方向演進。

作為全球微納3D打印領域的領航企業，摩方精密也正在搭建全鏈自研生態材料，通過持續突破精密制造的技術邊界，針對科研和工業用戶，聚焦高效率、高性價比、材料多樣性三項主要問題，從新技術、新設備、新材料提供前瞻性解決方案，賦能高端制造革新。

國家戰略下的新材料突圍

新材料，即新出現的具有優異性能或特殊功能的材料，或是通過改進傳統材料使其明顯提高或具有新功能的材料。我國高度重視新材料產業發展，目前已經形成了功能齊全、體系完整、規模化量產的材料產業體系，在功能材料、先進儲能材料、光伏材料、玻璃纖維及復合材料等產能位居世界前列。

關于我國未來新材料產業發展方向，在《新材料產業發展指南》提出先進基礎材料、關鍵戰略材料和前沿新材料三個方向。在前沿新材料領域，基礎研究和創新成為產學研合作的重點方向，關于高性能材料的研發及產業化探索仍是階段性重點目標，微納尺度加工技術也成為推動前沿材料產業化的關鍵一環。摩方精密憑借創新的面投影微立體光刻（PμSL）技術平臺，構建起從設備、材料、加工工藝的完整解決方案，可實現從2μm至25μm級別的復雜三維結構打印，賦能微結構功能器件的新材料開發。在材料生態層面，開發了功能樹脂、生物應用樹脂、工程應用樹脂、陶瓷漿料、高精度生物墨水等多元材料體系。其中，陶瓷漿料打印工藝突破性實現孔徑約10μm、桿徑17μm的微結構加工極限，可穩定制備復雜幾何特征的一體化陶瓷構件。工程應用樹脂中，犧牲樹脂具備可溶性特性，可與注塑工藝結合，為PDMS、LCP、POM等工業級塑料件提供成型路徑。

微尺度加工，構筑新材料研發基石

01功能性材料：導電離子凝膠

由于優異的離子導電性、可拉伸性和熱穩定性，離子凝膠成為構建離電器件的理想材料。通過合理的結構設計能夠顯著的提高器件的傳感性能。然而，目前離子凝膠結構的加工主要依賴于模板法，這一過程繁瑣耗時，限制了結構的幾何復雜性。相比之下，基于數字光處理（digital light processing，DLP）的3D打印技術能夠實現復雜三維結構的快速成型，因此在制造高精度的離子凝膠微結構方面具有很大的優勢。盡管如此，目前開發的光固化離子凝膠在同時獲得優異的機械性能和高電導率方面仍面臨挑戰。

針對這一問題，南方科技大學機械與能源工程系葛锜教授開發了一種高電導率、大變形的光固化離子凝膠。通過光聚合誘導的微相分離策略，離子凝膠內部形成了導電納米通道和交聯聚合物骨架交錯分布的雙連續相納米結構，在不犧牲材料力學性能的前提下，將離子凝膠的電導率提高到了3.2S/m。離子凝膠前驅體溶液粘度低、光固化速度快，能夠很好的適配光固化3D打印系統。

研究團隊采用摩方精密超高精度微納3D打印系統：nanoArch? S130（精度：2 μm）3D打印設備，制備出寬度為5 μm的高精度線條，以及特征尺寸為50 μm的復雜三維Gyroid結構，并利用摩方精密microArch? S240（精度：10 μm）3D打印設備打印了大尺寸的Octet truss結構。因為離子凝膠的在寬溫度范圍內具有良好的穩定性，所以3D打印的離子凝膠結構在高溫和低溫環境下都能保持良好的導電性和拉伸性。

圖：離子凝膠的3D打印

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50797-w

02亞微米精度單光子3D打印熔融石英玻璃

透明熔融石英玻璃作為一種不可或缺的重要材料，在現代社會中具備廣泛應用價值。其卓越性能使得它在日常生活、科學和工業領域均發揮著重要作用。盡管熔融石英玻璃具備卓越的光學性能、熱穩定性和化學耐久性等優異特點，但其高硬度和高脆性使得其可加工能性備受詬病。目前，傳統熔融石英玻璃微結構制備工藝面臨著流程復雜、成本高昂以及材料易碎等諸多挑戰，并且在實現復雜三維（3D）結構方面仍然存在巨大困難。這給新型玻璃微納米器件的開發、高效制造和在先進功能領域的應用帶來了巨大的挑戰。

香港理工大學3D打印中心溫燮文教授聯合香港大學機械工程系陸洋教授，提出了一種通過摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術制備同時具有亞微米特征及毫米/厘米級尺寸的熔融石英玻璃三維構件的方法。研究者選擇了聚乙二醇功能化的二氧化硅納米顆粒（平均直徑~11.5 nm）膠體和兩種丙烯酸酯作為聚合物前驅體，保證二氧化硅納米顆粒良好的相容性和分散性。結合面投影微立體光刻3D打印靈活地創建具有復雜的三維亞微米結構的高性能透明熔融石英玻璃，其分辨率、構建速度及成型幅面均超越了目前大多數其他3D打印玻璃技術幾個數量級。

圖：面投影微立體光刻3D打印所得具有多尺度臨界特征的透明熔融石英玻璃多層級點陣。（a）多層級點陣結構；（b）多層級點陣網絡；（c & d）單個多層級點陣胞元；（e）多層級架構；（f）基礎點陣；（g & h）基礎桿件及其具備的亞微米特征。尺寸跨度由mm逐步減少到nm，接近5個數量級。

利用面投影微立體光刻3D打印透明熔融石英玻璃微透鏡陣列，其具有亞納米級別的表面粗糙度（Ra≈0.633 nm）。同時在成像方面，具備優良的均勻性、清晰度、對比度和銳度。在該研究中，熔融石英玻璃三維微納樣品由摩方精密超高精度微納3D打印設備：nanoArch? P130（精度：2μm）制備。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46929-x

03鄰苯二甲腈樹脂制備玻碳

新加坡南洋理工大學胡曉教授團隊研發了一款新型可光固化的鄰苯二甲腈（PN）單體并制備了可3D打印樹脂，通過PμSL技術以及固化熱解處理，成功實現了玻璃碳（Glassy Carbon）的精密微加工。研究者首先合成了可光固化PN單體并溶解在溶液中配成可打印樹脂，然后利用PμSL技術，并采用摩方精密高精度微納3D打印系統：nanoArch? S140（精度：10 μm）將得到的樹脂打印成型具有微米分辨率的3D結構。之后，經過熱處理和熱裂解轉化成為具有復雜結構的玻璃碳產物。由于所制備PN單體的高碳產率，這種利用前驅體策略和3D打印技術得到的玻璃碳結構，不僅實現了微米尺度上的結構復雜性，同時在保持了玻璃碳產物的結構完整性，保真性和低收縮性。此方法為推進玻璃碳在醫療工具、電化學器件、精密微成型設備，以及在能源和航空航天技術中的應用提供了一個新的設計思路。

圖：使用新型PN樹脂打印的3D結構以及熱處理后的結構和轉換為玻璃碳的結構。

該項研究通過使用可光聚合PN樹脂和PμSL技術制造出來復雜的玻璃碳微結構。所研發的PN樹脂具有出優異的熱性能，機械性能和高碳產率；熱解后所得到的玻璃碳產品有低收縮率和優異的結構完整性。利用精密加工方法成功制造出來的玻璃碳接骨螺釘、電極和微流體模具等功能性的產品，展現了該樹脂以及這種制造方法在醫療、電化學和微制造領域的廣闊應用潛能，也進一步展示了增材制造技術（例如PμSL技術）在材料復雜結構加工方面的優勢和潛力。

論文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104053

多路協同，助推新材料產業生態建設

中國材料大會是新材料領域國家級學術交流平臺，也是鏈接國際材料科技合作的重要窗口，至今已成功舉辦24屆，其核心目標是解決行業發展中的重大共性問題和新興產業推進的關鍵難題，為我國新質生產力建設提供支撐。本屆中國材料大會將于2025年7月5-8日在福建·廈門召開，摩方精密將同期帶來最新設備技術、材料體系、加工工藝及應用案例。

新材料產業生態建設，需要多方合力完成。在中國制造業邁向高端化、智能化的進程中，微納3D打印承載著“精密制造”的重要使命。以摩方精密為代表的企業，正在持續打通設計、材料、設備與工藝間的壁壘，加快推動微納結構在航空航天、微電子、醫療器械、新能源等領域的材料革新與應用落地。相信隨著產業生態的完善與核心技術的突破，一條自主可控、協同共進的新材料與先進制造融合發展路徑正加速形成，為我國在全球戰略性新興產業競爭中注入持續動能。