在IC芯片、生物芯片工程、微納功能材料的研究和應(yīng)用中，光刻技術(shù)扮演了不可或缺的角色。利用微納光刻技術(shù)與增材制造的原理，開發(fā)的微結(jié)構(gòu)3D打印技術(shù)是一項(xiàng)前瞻性、戰(zhàn)略性技術(shù)。由于其工程應(yīng)用性強(qiáng)，領(lǐng)域跨度大，對(duì)未來先進(jìn)制造業(yè)，尤其是高端制造、功能器件的發(fā)展十分重要。然而，已有的3D打印技術(shù)在打印精度、幅面上仍難以滿足高精度器件的研究與應(yīng)用需求。例如，針對(duì)生物應(yīng)用領(lǐng)域，3D 打印技術(shù)仍未有效解決打印尺寸與打印精度不能兼顧的難題。
圖1為打印用于組織工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)載體支架打印。3D打印技術(shù)為生物科學(xué)研究和醫(yī)療診斷方法提供了新的可能性，然而3D打印技術(shù)在生物領(lǐng)域的應(yīng)用也面臨不少局限性，主要表現(xiàn)在打印精度和打印幅面無法滿足應(yīng)用要求。
一方面，基于超快激光的雙光子效應(yīng)的立體造型技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)小到0.1 μm的3D結(jié)構(gòu)打印，然而，由于其單束串行打印模式，工作效率極低，幅面?。〝?shù)百微米），達(dá)不到高精度生物芯片的研制的要求。另一方面，基于紫光投影的光固化立體造型技術(shù)，受限于現(xiàn)有浸沒型打印模式、光學(xué)投影系統(tǒng)分辨率與數(shù)據(jù)處理的影響，打印的橫向精度（特征尺寸）大于60微米的結(jié)構(gòu)，難以滿足生物芯對(duì)微小結(jié)構(gòu)、較大面積的制作要求(參考文獻(xiàn)1)。因此，高精度微納3D打印系統(tǒng)雖有很大市場(chǎng)需求，卻一直是未能攻克的難題。
蘇大維格研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用在大面積微納直寫裝備、大數(shù)據(jù)圖形設(shè)計(jì)與處理、R2R納米壓印技術(shù)的研制與應(yīng)用方面的長(zhǎng)期技術(shù)積累，將微納光刻光路系統(tǒng)應(yīng)用于3D打印的光學(xué)結(jié)構(gòu)中，將3D打印系統(tǒng)的橫向打印精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
不同于以往立體光固化（SLA） 3D打印機(jī)，被打印物體均是浸沒在膠槽中，縱向打印精度由光斑聚焦深度決定的方法（參見圖2，參考文獻(xiàn)1），橫向與縱向打印分辨率都低。
圖2 傳統(tǒng)SLA 3D打印模式示意圖
團(tuán)隊(duì)發(fā)明了“涂層-曝光-分離”的新的打印模式，獲得了更高的縱向（分層）打印精度。 團(tuán)隊(duì)開發(fā)的逐層涂布，逐層打印微結(jié)構(gòu)的光固化分離的新型SLA 3D打印技術(shù)，使3D物體縱向打印精度顯著提高。攻克了以往SLA 3D打印機(jī)，后繼打印層過程對(duì)已打印層有較大影響的共性難題。研制的“微納3D打印系統(tǒng)Multi-μ 3D Printer”，可打印極高精度的微3D結(jié)構(gòu)。橫向精度（特征結(jié)構(gòu)）5μm-25μm（投影分辨率1微米），縱向精度（層厚）2μm-20μm。3D打印的測(cè)試結(jié)果如下圖3：
橫向結(jié)構(gòu)測(cè)試：錐狀頂5微米，底50微米，高150微米
層厚測(cè)試：最小層厚2微米
空心柱測(cè)試：壁25微米，高180微米。側(cè)壁光滑清晰，共焦顯微鏡拍攝
空心柱開孔測(cè)試：孔邊長(zhǎng)50微米；漸變3D打印樣品（右）SEM照片
圖3 微納3D打印的測(cè)試樣品
上述高精度3D打印機(jī)將是微納3D打印系統(tǒng)之一。結(jié)合微納壓印/轉(zhuǎn)印技術(shù)，微納3D打印系統(tǒng)Multi-μ 3D Printer，有望在生物芯片、傳感器、MEMS器件制備等方面發(fā)揮重要作用。
圖4 高精度微納3D打印系統(tǒng)：Multi-μ 3D Printer照片
如用于細(xì)胞檢測(cè)的高深寬比的微柱陣列等各種生物芯片（下圖）和通常方法不能夠?qū)崿F(xiàn)的微納結(jié)構(gòu)的3D打印。
圖5 生物芯片結(jié)構(gòu)示意圖
參考文獻(xiàn)：
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3D printed microfluidic devices: enablers and barriers, http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/lc/c6lc00284f
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T. Billiet, M. Vandenhaute, J. Schelfhout, S. Van Vlierberghe and P. Dubruel, Biomaterials, 2012, 33, 6020–6041