STFC-UKRI：用于高功率激光实验的高精度微流控装置
发布日期：2023-10-23
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在英国科学与技术设施委员会（STFC-UKRI）中央激光研究所，微靶制造科学家们正积极投身于高功率激光实验的微靶研究。新一代激光器提升了重复频率(高达10Hz)，这让高重复制靶法成为了重要的研究途径。
在这些高功率激光实验中，科学家们依赖微流控装置实现亚微米级的液体片靶。然而，他们发现，依赖传统的机械加工或蚀刻来制造微流控通道，既耗时又昂贵。因此，研究小组正在寻求一种创新的解决方案，以便能够快速制作新的靶设计几何体原型来满足他们的实验需求。
01 研究开发靶
研究团队利用微流控设计了一种液体靶，当液体从微通道流出时产生了液体叶片靶。通道的设计会直接影响到叶片的质量，通过叶片的宽度和厚度判断。设计目标为制造出宽度为几毫米、厚度为几百纳米的叶片，以实现高精度实验需求。
图1：当液体从通道中流出时产生的液体叶片靶
由于液体的行为随通道的变化而变化，因此通道设计对实验来说尤为关键。需要平滑的通道以减少湍流，同时要严格控制出口的形状，因为它对最后的叶片质量起到重要影响。
02 精密3D打印制造通道
为了创建液体片，该团队利用摩方精密microArch® S240打印出 20mm x 15mm x 5mm 的结构，其中有一个30μm 深的通道和一个 100μm 的出口。当然，与微型且精确的通道相比，该结构尺寸相对较大。但使用摩方精密设备打印较大的零件时，可同时保持通道所需的精度和准确度。
现今通道选用钨材质，得益于钨能实现精确加工。在这种背景下，研究团队运用摩方精密 microArch®系列设备的高精度 3D 打印系统，迅速准确地构建通道，为科研和快速原型设计提供了高效且成本较低的解决方案。
图2：原钨件
图3：高精度3D打印制造零件的特定部分
原文链接：
https://bmf3d.com/resource/high-precision-microfluidic-devices-for-high-power-laser-experiments/
microArch® S240 作为摩方精密一款面向工业批量生产的超高精密3D打印机，不仅荣获全球光电科技领域最高奖—"棱镜奖（Prism Award）"，且具有以下突出特点和优势：
高公差低层厚：光学精度高达10μm，±25µm的加工公差，打印层厚10~40μm;
打印体积扩大：满足工业打印的需求，可达100mm×100mm×75mm，实现更大规模的小部件产量；
打印速度提升：最高提升10倍以上，快速缩短加工周期，为客户节省时间和成本；
多种材料支持：支持多种高粘度陶瓷浆料（≤20000cps），以及耐候性工程光敏树脂、磁性光敏树脂等功能性复合材料的打印；
应用领域广泛：卓越的精度、扩大的打印体积和多材料兼容性，满足客户在尺寸、性能和效率方面的多重需求。
