【摘 要】
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近年来,随着3D打印技术的打印精度和速度不断提高,结合微流控方向应用的3D打印备受关注。其中,和常规3D打印技术相比,数字光处理（DLP）3D打印在精度和速度上优势明显。然而,目前商用的DLP 3D打印机打印靶面较大,但XY轴打印精度一般在100μm以上,难以兼顾打印精度和打印面积,不适合微结构的制作。本文设计并搭建了一种高精度3D打印系统。该系统包括显微镜投影光学系统及共轭设计的实时检焦系统,其
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近年来,随着3D打印技术的打印精度和速度不断提高,结合微流控方向应用的3D打印备受关注。其中,和常规3D打印技术相比,数字光处理（DLP）3D打印在精度和速度上优势明显。然而,目前商用的DLP 3D打印机打印靶面较大,但XY轴打印精度一般在100μm以上,难以兼顾打印精度和打印面积,不适合微结构的制作。本文设计并搭建了一种高精度3D打印系统。该系统包括显微镜投影光学系统及共轭设计的实时检焦系统,其单次曝光面积约为5 mm×3 mm,光学分辨率可达4μm,使用PEGDA光敏材料进行打印时,可以实现XY方向上20μm的实际打印精度。为满足较大面积的打印需求,开发了高精度三轴运动系统,可以实现精确的调焦和靶面拼接。其中,通过精确控制XY轴位移平台的移动进行靶面拼接,根据运动系统行程,最高可以实现50 mm×50 mm的拼接靶面。文中利用该系统完成了螺旋结构的靶面拼接,拼接靶面约为10 mm×6 mm。针对搭建的3D打印系统及其在微流控方向应用的需求,开发了集成光学投影控制和高精度运动控制功能的配套软件,该软件可以满足较大面积微结构的快速制作需求。利用搭建的3D打印系统,开发了一套适用于微流控模具快速制作的新工艺,其具有时间快、成本低、无毒等优点。为测试其工艺可行性,我们通过该工艺制作了一种用于液滴生成的微流控芯片,完成了液滴生成实验;为验证该系统在生物3D打印方向的可行性,利用该系统完成了器官芯片中常用的两种水凝胶PEGDA和Gel MA的打印。其中,利用PEGDA水凝胶完成了水凝胶微结构的制备,其打印精度可达20μm。利用Gel MA水凝胶完成了HL7702和HEK-293两种细胞的微结构打印及三维培养,其中,HL7702细胞打印后培养时间可达一周。该3D打印系统为未来微流控芯片制备、器官芯片打印等提供了新的技术路线。
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