새로운 고속 마이크로스케일 3D 프린팅 기술

마이크로스케일 3D 프린팅을 위한 새로운 프로세스는 의학, 제조, 연구 등의 응용 분야에 사용할 수 있는 거의 모든 형태의 입자를 하루 최대 100만 개의 속도로 생성합니다.

3D 프린팅된 미세 입자는 너무 작아서 육안으로는 먼지처럼 보일 수 있으며 약물 및 백신 전달, 마이크로전자공학, 미세유체공학 및 복잡한 제조를 위한 연마재 분야에 응용될 수 있습니다. 그러나 광 전달, 스테이지 이동 및 수지 특성 간의 정밀한 조정이 필요하기 때문에 이러한 맞춤형 마이크로 크기 입자의 확장 가능한 제작이 어렵습니다. 이제 스탠포드 대학의 연구원들은 하루에 최대 100만 개의 매우 상세하고 사용자 정의 가능한 마이크로 크기 입자를 인쇄할 수 있는 보다 효율적인 처리 기술을 도입했습니다.

“우리는 이제 이전에 입자 제조에서 볼 수 없었던 속도와 광범위한 재료에서 훨씬 더 복잡한 모양을 미세한 규모까지 만들 수 있습니다.”라고 Stanford DeSimone 연구소의 PhD 후보인 Jason Kronenfeld는 말했습니다. 오늘 출판된 이 프로세스를 자세히 설명하는 논문의 주요 저자입니다. 자연.

이 작업은 DeSimone과 동료가 2015년에 도입한 연속 액체 인터페이스 생산(CLIP)으로 알려진 인쇄 기술을 기반으로 합니다. CLIP은 UV 광선을 슬라이스로 투사하여 레진을 원하는 모양으로 신속하게 경화시킵니다. 이 기술은 자외선 프로젝터 위의 산소 투과성 창에 의존합니다. 이는 액체 수지가 경화되어 창에 달라붙는 것을 방지하는 “데드 존”을 만듭니다. 결과적으로 창에서 각 레이어를 찢지 않고도 섬세한 특징을 치료할 수 있어 입자 프린팅이 더 빨라집니다.

“빛을 사용하여 틀 없이 물체를 제작하는 것은 입자 세계에 완전히 새로운 지평을 열었습니다.”라고 스탠포드 의과대학 중개 의학의 Sanjiv Sam Gambhir 교수이자 논문 교신 저자인 Joseph DeSimone이 말했습니다. “그리고 우리는 확장 가능한 방식으로 이를 수행하면 이러한 입자를 사용하여 미래 산업을 주도할 수 있는 기회가 있다고 생각합니다. 이것이 어디로 이어질 수 있는지, 다른 사람들이 이러한 아이디어를 사용하여 자신의 열망을 발전시킬 수 있는 곳이 어디인지 기대됩니다.”

롤투롤

사람 머리카락 굵기보다 작은 독특한 형태의 입자를 대량 생산하기 위해 연구진이 개발한 공정은 조립라인을 연상시킨다. 조심스럽게 장력을 가한 필름을 CLIP 프린터로 보내는 것으로 시작됩니다. 프린터에서는 수백 개의 모양이 필름에 동시에 인쇄된 다음 조립 라인이 이동하여 모양을 세척, 경화 및 제거합니다. 이 단계는 관련된 모양과 재료에 따라 모두 맞춤화될 수 있습니다. 마지막에는 빈 필름이 롤백되어 전체 프로세스에 롤투롤 CLIP 또는 r2rCLIP이라는 이름이 부여됩니다. r2rCLIP 이전에는 인쇄된 입자 배치를 수동으로 처리해야 했는데 이는 느리고 노동 집약적인 프로세스였습니다. 이제 r2rCLIP의 자동화를 통해 하루 최대 100만 개의 입자를 전례 없이 생산할 수 있습니다.

이것이 제조에 익숙한 형태처럼 들린다면 의도적인 것입니다.

“만들 수 없는 물건을 사지는 않습니다”라고 공과대학 화학공학과 교수이기도 한 DeSimone은 말했습니다. “대부분의 연구자가 사용하는 도구는 프로토타입 및 테스트 베드를 제작하고 중요한 사항을 입증하기 위한 도구입니다. 제 연구실에서는 중개 제조 과학을 수행합니다. 우리는 확장을 가능하게 하는 도구를 개발합니다. 이는 이러한 초점이 의미하는 바를 보여주는 좋은 예 중 하나입니다. 우리를 위해.”

3D 프린팅에는 해상도와 속도의 장단점이 있습니다. 예를 들어, 다른 3D 프린팅 프로세스는 나노미터 단위로 훨씬 더 작게 프린팅할 수 있지만 속도가 느립니다. 그리고 물론 거시적 3D 프린팅은 이미 신발, 가정용품, 기계 부품, 축구 헬멧, 의치, 보청기 등의 대량 생산 분야에서 발판을 마련했습니다. 이 작업은 이러한 세계 사이의 기회를 다룹니다.

Kronenfeld는 “우리는 속도와 해상도 사이의 정확한 균형을 찾고 있습니다.”라고 말했습니다. “우리의 접근 방식은 전문가들이 다양한 응용 분야에 필수적이라고 생각하는 입자 생산량을 충족하는 데 필요한 제조 속도를 유지하면서 고해상도 출력을 생산할 수 있는 능력이 뚜렷이 있습니다. 변환 효과에 대한 잠재력이 있는 기술은 연구실 규모에서 연구실 규모에 이르기까지 실현 가능해야 합니다. 산업 생산품.”

단단하고 부드럽다

연구원들은 r2rCLIP 프로세스가 다른 연구원과 업계에서 널리 채택되기를 바랍니다. 그 외에도 DeSimone은 분야로서의 3D 프린팅이 프로세스에 대한 질문을 넘어 가능성에 대한 야망을 향해 빠르게 진화하고 있다고 믿습니다.

DeSimone은 “r2rCLIP은 기본 기술입니다.”라고 말했습니다. “그러나 나는 우리가 이제 프로세스보다 3D 제품 자체에 더 초점을 맞춘 세계로 진입하고 있다고 믿습니다. 이러한 프로세스는 확실히 가치 있고 유용해지고 있습니다. 이제 질문은: 고부가가치 애플리케이션은 무엇입니까?”

연구진은 이미 세라믹과 하이드로겔로 만들어진 경질 입자와 연질 입자를 생성하는 실험을 진행했습니다. 첫 번째는 마이크로 전자공학 제조에 적용할 수 있고 후자는 신체 내 약물 전달에 적용할 수 있습니다.

DeSimone 연구실의 수석 연구 과학자이자 논문의 공동 저자인 Maria Dulay는 “다양한 응용 분야가 있으며 우리는 이제 막 탐색하기 시작했습니다.”라고 말했습니다. “우리가 이 기술을 사용하고 있다는 것은 매우 놀라운 일입니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240313184951.htm