卡内基梅隆大学的研究人员利用双光子聚合（2PP）3D打印技术和柔性电路板（FPCB）开发了具有静电微致动器的小型、轻量化柔性微系统。在一系列可移动的微镜阵列中的演示可看到，该系统即使在变形时也能展现出精确可控的致动能力。实验的挑战在于通过整合金属溅射到制造过程中来激活微机电系统（MEMS）的电导性3D结构。由于柔韧性和不平整的表面以及所用材料的可变反射率的特点，在FPCB上进行打印是一项特别的挑战。这一创新为自适应光学和可穿戴设备的应用开辟了新的视角。

由于小尺寸、精度高和可集成到电子系统中的特点，微机电系统（MEMS）被广泛应用于各种领域。MEMS被用作智能手机、平板电脑和游戏或虚拟现实应用中的加速度计、陀螺仪和磁力计，作为可穿戴设备中的传感器等等。基于双光子聚合原理的（2PP）3D打印技术能够在各种基板上以高形状精度直接制造复杂的微尺度设计，而无需多个组装步骤，这使得该技术成为MEMS制造的首选。 虽然在玻片或硅片等刚性基板上进行3D打印并不难，但在柔性电路板（FPCB）上进行打印却是一项重大挑战，因为由不同高度的聚酰亚胺和铜等材料组成的基板表面具有柔韧性和不平整特点，因此难以找到界面并打印边界层。

柔性电路板上的MEMS致动器制造

在柔性基板上集成微致动器存在诸多挑战，尤其在变形时仍然要求保持其功能性。卡内基梅隆大学的研究人员Sukjun Kim、Regan Kubicek和Sarah Bergbreiter通过利用Nanoscribe双光子聚合3D打印技术解决了这些难题。这一创新方法使得可以在现成的柔性电路板（FPCB）上精确制造静电微致动器。该实验获得了一个坚固且高性能的柔性微系统，即使在显著变形的情况下也能保持致动能力。这种能力在柔性微镜阵列中尤为明显，致动器可以精确控制镜子的运动以改变反射光的方向。通过利用自动化3D打印技术，可以在大面积上快速制造和集成大量微镜。在研究项目中，成功展示了一个3×9的微镜阵列。

复杂基板上的对准3D打印

在柔性电路板（FPCB）上进行3D打印极具挑战性，因为这种非常规基板包含现有的拓扑结构和多种材料，如聚酰胺和铜。研究人员使用了一种打印策略，能够在预制的、非平面的柔性基板表面上3D打印微致动器。不同高度的铜迹和箔上的其他结构的拓扑结构更是难题，研究人员已通过定制缓冲层成功克服。
此外， 不同的反射率对识别要打印的表面构成了另一个难题，且还必须解决FPCB结构的附着性能问题，以确保MEMS结构的牢固放置。将3D打印的微致动器电气集成到FPCB上还需要在手动对准3D打印和金属沉积步骤中达到高精度。

柔性微系统的应用

研究人员成功展示了FPCB作为高精度和控制能力的微机电系统（MEMS）平台的适用性。这为一系列可能的应用奠定了基础。其他类型的微致动器，如热致动器或液晶弹性体，也可以进行集成，还可以集成所有类型的电连接MEMS传感器，如新型电容感应架构。通过嵌入金属层利用FPCB的集成能力，无线柔性微系统具有板载电子设备，可为智能柔性微系统提供电源和控制自主性。

新一代3D微纳加工设备

研究项目使用了高精度微纳加工系统Nanoscribe Photonic Professional GT+进行3D打印。为了能更快获得更高质量高精度的打印效果，Nanoscribe推出了全新Quantum X 系列，上述项目中描述的许多挑战均可以通过新一代微纳加工系统获得更优化的解决方案。

Nanoscribe Quantum X系统具有多达三种不同的界面检测方法。这大大提高了对各种基板特征的检测精度。此外，Quantum X align系统简化了各部件和元件之间繁琐的放置和主动对准。配备的专利双光子光刻对准系统（A2PL®）使得该系统能够以纳米精度自动检测复杂基板上的界面及其空间方向。同时，使用nanoPrintX软件可实现定义微尺度部件，该软件适用于需要在预制基板上精确对准的复杂对象，并直接以正确的方向和倾斜补偿进行打印。这减少了工艺链的复杂程度，放宽了装配公差，并使得设备的进一步小型化成为可能。

如果您想了解更多关于这个研究项目的信息，你可以在这里找到完整的科学出版物：“3D-printed electrostatic microactuators for flexible microsystems”

您可以通过关键字搜索，在高级资源的强大数据库中找到有关Nanoscribe客户和用户超过1800多个研究项目的此类以及更多科学出版物。欢迎免费注册以了解Nanoscribe的3D微纳加工技术在创新应用和许多领域的基础创新中的潜力，并评估其是否适合您的项目。
 

您可以通过关键字搜索，在高级资源的强大数据库中找到有关Nanoscribe客户和用户超过1000多个研究项目的此类以及更多科学出版物。欢迎免费注册以了解Nanoscribe的3D微纳加工技术在创新应用和许多领域的基础创新中的潜力，并评估其是否适合您的项目。