超高精度3D打印應(yīng)用于新興MEMS和微流控領(lǐng)域

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，Boston Micro Fabrication（BMF，摩方精密）公司是超高精度微尺寸器件3D打印系統(tǒng)的先行者和領(lǐng)導(dǎo)者。BMF產(chǎn)品線中的最新款3D打印機(jī)可以實現(xiàn)更大的打印體積、更快的打印速度，并支持使用工業(yè)級材料。BMF的3D打印機(jī)為MEMS設(shè)計商提供了一種新選擇，可以替代傳統(tǒng)多步驟且深寬比有限的微機(jī)械加工工藝。

與表面微加工技術(shù)不同，BMF的打印機(jī)可以構(gòu)建高深寬比的微型器件。此外，它們制造樣品或小批量產(chǎn)品的速度更快，因此，這方面它們也比“刻蝕速度慢，需要鍵合工藝構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的批量微機(jī)械加工技術(shù)”更具優(yōu)勢。MEMS JOURNAL最近采訪了BMF首席執(zhí)行官John Kawola，雙方交流了公司的發(fā)展歷史、近期的重要成果、當(dāng)前的市場熱點以及未來的發(fā)展計劃。

MEMS JOURNAL：首先請您介紹一下BMF公司的起源，目前公司發(fā)展情況如何？

John Kawola：BMF成立于2016年，三位創(chuàng)始人是美國麻省理工學(xué)院（MIT）機(jī)械工程系終身教授方絢萊教授、具有連續(xù)創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗的賀曉寧博士和微納制造技術(shù)專家夏春光博士。BMF公司的成立基于一種新興的增材制造技術(shù)——面投影微立體光刻（PμSL， Projection Micro Stereolithography）。基于該技術(shù)的3D打印系統(tǒng)可以為客戶提供免模具的超高精度快速打樣驗證，小批量的精密塑料零件加工，是目前行業(yè)極少能實現(xiàn)超高打印精度、高公差加工能力的3D打印系統(tǒng)。

BMF公司成立后開發(fā)了平臺化產(chǎn)品，2018年第一批系統(tǒng)開始在亞洲交付。2020年初，BMF公司在美國和歐洲啟動，公司正在發(fā)展壯大并建立了第一批客戶。

MEMS JOURNAL：去年BMF取得了哪些主要成績？

John Kawola：主要有兩點。首先，2020年2月，我們開始在亞洲以外的全球主要市場啟動布局，在美國波士頓、英國和日本建立了團(tuán)隊。另外，我們面向全球市場發(fā)布了第二代超高精密微立體光刻3D打印系統(tǒng)microArch S240。S240在保留S140系統(tǒng)所有優(yōu)勢的同時，在打印體積、速度以及材料方面都取得了突破性進(jìn)展。

BMF公司3D打印系統(tǒng)microArch S240

MEMS JOURNAL：今年你們規(guī)劃的主要里程碑是什么？

John Kawola：2021年，我們希望在電子、醫(yī)療器械、MEMS、教育和科研等各個產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)裝機(jī)量超過100套。

MEMS JOURNAL：利用BMF的3D打印機(jī)可以制造哪些類型的MEMS及微型器件？

John Kawola：可以制造的組件非常廣泛，包括波導(dǎo)、光子器件殼體、多種傳感器，以及用于藥物開發(fā)的微流控器件。我們的平臺還可以支持醫(yī)療器械和免疫技術(shù)的開發(fā)，例如微針陣列等。

MEMS JOURNAL：目前可以使用的材料有哪些？未來會引入哪些新材料？

John Kawola：我們的系統(tǒng)基于面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)。這一技術(shù)利用液態(tài)樹脂在紫外線（UV）光照下的光聚合作用，使用滾刀快速涂層技術(shù)大大降低每層打印的時間，并通過打印平臺三維移動逐層累積成型制作出復(fù)雜的三維器件。因此，我們目前使用的大多數(shù)材料都是聚合物類。microArch S240支持高粘度陶瓷和耐候性工程光敏樹脂、磁性光敏樹脂等功能性復(fù)合材料，極大放寬了精密3D打印對材料的要求（例如拓寬了樹脂的粘度范圍，樹脂中添加納米顆粒等），推動了精密3D打印從科研向工業(yè)領(lǐng)域的擴(kuò)展應(yīng)用。

隨著我們對當(dāng)前材料的持續(xù)改進(jìn)，與合作伙伴的不斷努力，以及新應(yīng)用的支持，2021年，我們預(yù)計將有更多支持的一系列新材料發(fā)布。

MEMS JOURNAL：從營收和員工數(shù)量來看，BMF公司目前的規(guī)模如何？

John Kawola：我們目前不會公開營收，現(xiàn)在全球的裝機(jī)量已達(dá)75套，全球雇員超過50名。

MEMS JOURNAL：全球哪些國家或地區(qū)在您看來最有吸引力？哪個地區(qū)增長最快？

John Kawola：2018年我們開始在亞洲出貨，2020年開始在美國和歐洲出貨。到目前為止，美國是我們增長最快的地區(qū)，但是，我們?nèi)虻臉I(yè)務(wù)都在強(qiáng)勁增長。大多數(shù)初創(chuàng)企業(yè)都是從一個地區(qū)開始壯大，然后逐步對外擴(kuò)張。而我們是在全球范圍內(nèi)積極部署員工和資源，以便為全球客戶提供服務(wù)。我們許多客戶在世界各地都有分支機(jī)構(gòu)，所以他們自然希望技術(shù)合作伙伴可以在全球各個地區(qū)提供一樣的技術(shù)支持。

MEMS JOURNAL：你們和競爭對手之間的主要差異體現(xiàn)在哪里？

John Kawola：在現(xiàn)階段我們沒有什么直接的競爭。我們目前是全球唯一一家可以生產(chǎn)2 μm精度3D打印設(shè)備的企業(yè)。這顯然是一項前景誘人的技術(shù)，在研究領(lǐng)域極具價值。不過，對于工業(yè)微型組件，這些技術(shù)很難在時間上擴(kuò)展以滿足吞吐量需求。當(dāng)然，現(xiàn)在還有其他工作原理與PμSL類似的增材制造技術(shù)，但它們通常僅適用于精度50 μm及更大尺寸的器件。

MEMS JOURNAL：近來您關(guān)注到哪些有前景的新應(yīng)用？

John Kawola：先進(jìn)的免疫技術(shù)，如微針陣列等，有可能改變疫苗的給藥方式。眾所周知，這在今天非常重要，全世界都在關(guān)注傳統(tǒng)藥瓶/針頭方案的物流挑戰(zhàn)。此外，先進(jìn)的波導(dǎo)和天線技術(shù)正在發(fā)展。最終這些組件都需要非常小，并能夠構(gòu)建復(fù)雜的幾何形狀，從而最大限度地改善性能和空間的權(quán)衡，這些能力將是至關(guān)重要的。我們的PμSL技術(shù)有潛力滿足這些需求。

MEMS JOURNAL：您認(rèn)為未來幾年高精度微納3D打印將如何發(fā)展？

John Kawola：精密醫(yī)療器械、消費電子、精密加工等組件正變得越來越小。各行各業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)人員，都需要一種高效、低成本的方案來進(jìn)行產(chǎn)品原型制作、測試，然后生產(chǎn)。傳統(tǒng)制造方法顯然有其局限性。高精度微納3D打印將是滿足這些需求的顛覆性解決方案。

編輯：jq