复杂图案轮廓曝光版图的生成及工艺实现

轮廓曝光技术可大幅提高跨尺度结构电子束直写的加工效率,但对于复杂图案,前期人工绘制曝光版图的过程费时费力。为了进一步提高版图生成效率,本文提出一种利用边界追踪算法提取数字图像轮廓并将它转换为曝光版图的方法。首先,通过图像灰度化以及Otsu自适应阈值分割法将图像转换为二值图像。接着,使用MATLAB bwboundaries边界追踪函数追踪二值图像边界。最后,利用GDS工具箱将图像边界转换为曝光版图。实验结果表明,本工作提出的方法可以有效地提取树叶、数字及动物等复杂图案边缘并将它们转换为版图进行后续曝光。通过制备"枫叶"图形证实利用本文方法生成的版图在轮廓曝光中可获得从纳米尺度到亚毫米尺度下的跨尺度、高保真度图形,通过制备50μm和100μm等不同大小、不同复杂程度的金结构证实了此方法在微纳制造中的通用性。

基于单平板电极电场驱动喷射沉积微纳3D打印

现有微纳3D打印在实现多材料、宏/微跨尺度等方面面临诸多挑战性难题.本文提出了一种基于单平板电极电场驱动喷射沉积微纳3D打印新工艺,它不再将打印喷嘴作为电极,只需平板电极与高压电源正极(或负极)连接.通过理论分析和数值模拟,揭示了其成形机理;通过系统实验研究,验证了喷嘴(导电和非导电)、基材(导电和非导电)、打印材料(导电和非导电)任意组合稳定打印的有效性;进一步通过3个典型实验案例:线宽1.139μm的高宽比46.8:1微"墙"结构、高性能透明电极、精准可控的三维生物支架,证明了该方法在高分辨率、多材料和宏/微跨尺度打印方面独特的技术优势.该方法为微纳3D打印提供了一种低成本、高普适性的全新解决方案.

基于电场驱动熔融喷射聚合物基复合材料高分辨率3D打印

针对当前聚合物基复合材料(Polymer matrix composites,PMC)成型存在打印分辨率低、打印材料受限、成型结构较为简单、工序复杂等方面的不足和局限性,尤其是还面临难以实现宏/微结构跨尺度高效制造的挑战性难题,提出一种基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印新工艺。阐述了基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印的基本原理和工艺流程。通过试验,揭示了主要工艺参数(碳填料含量、施加电压、螺杆转速、打印速度、加热温度等)对于打印件分辨率(精度)和质量的影响及其规律。利用自主搭建的试验平台,并结合试验优化的工艺参数和提出的两种打印模式,实现了多层石墨烯/聚乳酸(Polylactic acid,PLA)和多壁碳纳米管/PLA复合材料微尺度三维网格、多层石墨烯/PLA大高宽比薄壁圆环、多壁碳纳米管/PLA复合材料柔性导电网格以及其他聚合物复合材料3D结构典型工程案例的制造。研究结果表明,提出的电场驱动熔融喷射3D打印能实现高分辨聚合物基复合材料成型(使用内径300μm喷嘴,实现了分辨率为40μm的PMC特征结构制造),而且还具有大面积宏/微结构跨尺度集成制造的优势。