美國(guó)nScrypt品牌電子材料3D打印儀系統(tǒng)

3D打印系統(tǒng)是一種易于使用、可幫助研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的研究人員，快速開發(fā)新電子材料、新電子器件、試驗(yàn)工藝與原型。應(yīng)用包括從柔性電路、新型傳感器、新能源器件可佩帶電子等。

3主要技術(shù)指標(biāo)：

1 X/Y 打印速度（Printing Speed）  300mm/s

2 X/Y/Z 行程（Travel Range）  300mm×300mm ×100mm

3 X/Y/Z 分辨率（Resolution）  0.1/0.1/0.5μm

4 X/Y雙向重復(fù)性（Bidirectional Repeatability）    ±2μm

5 Z雙向重復(fù)性（Bidirectional Repeatability）  ± 1μm

6 X/Y *大加速度（Maximum Acceleration）  2g - 20 m/s2 (空載)

7 Z*大速度   200mm/s

3.8 X/Y 定位**度（Accuracy）  ±5μm

3.9 Z定位**度（Accuracy） ± 6 μm

4.0 控制器  Aerotech A3200

1 外觀尺寸(LxWxH) 112 x 94 x 176 cm

2 重量    1361 kg

3 裝配電壓    Single Phase, 208 VAC, 30 A

4 輸入壓縮空氣壓力    80 to 120 psi（干燥過濾空氣或氮?dú)猓?span>

5并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控 、紫外固化點(diǎn)光源、真空吸筆、基臺(tái)加熱、是否適配多種智能擠出泵噴頭系統(tǒng)、自動(dòng)校準(zhǔn)、手動(dòng)校準(zhǔn)。

儀器配置

1移動(dòng)平臺(tái)（Motion System）    Aerotech AGS1000 Gantry

2 X/Y/Z 驅(qū)動(dòng)  直線伺服電機(jī)（Servo driven linear）

3配置打印粘度從1 centipoise (cps) 到1,000,000 cps的多種材料的智能打印噴頭系統(tǒng)。

時(shí)間

6、應(yīng)用

電子材料3D打印儀器可應(yīng)用于包括從柔性電路、傳感器、能源器件、RFID 標(biāo)簽、光電顯示器、DNA 陣列、光學(xué)透鏡和可佩帶電子等領(lǐng)域。

Printed passives are standard and the nScrypt approach to utilize patented micro-dispensing allows for more than 10,000 commercially available materials as choices for design engineers.

Mixing, matching, layering and patterns divers materials, it is possible to print sensors, antennas, batteries, electroluminescent lighting and do this on flexible substrates or put this on existing structures. In addition to these, it is standard to print to actives and including bare die or even thinned bare die. This opens the door to highly complex printed circuits that can be printed on any number of flex or existing structured surfaces.

The flexibility of the patented SmartPump? and the 3Dn motion control, it is possible to print a variety of patterns and circuits on strongly conformal and even rough surfaces as shown in the picture above. This is a Kevlar helmet with very rough surface and the prints are on the top and around the sides.

Curved Surface Printed Resistors

Printed Transmitter on Glass

Printed Strain & Crack Sensor

Printed Antenna

nScrypt公司簡(jiǎn)介：
nScrypt, Inc.公司主要生產(chǎn)智能微擠出噴頭和3D打印機(jī)，已經(jīng)廣泛而深入對(duì)一些列的材料進(jìn)行了可擠出的實(shí)驗(yàn)；其智能打印噴頭（SmartPump?）相對(duì)于其他公司的打印噴頭具有顯著的優(yōu)勢(shì)。該公司**于3D打?。?D printing）、直接打印（direct printing）和微沉積（micro dispensing）領(lǐng)域的研究，已經(jīng)擁有了能夠在太陽(yáng)能電池金屬化（solar cell metallization）、微電子材料、生命科學(xué)和化學(xué)制藥行業(yè)能夠應(yīng)用的打印技術(shù)。 
該公司的3D打印機(jī)（圖一）主要包括兩個(gè)系列： 桌面系列（Tabletop-Series） 和3Dns系列(3Dn-Series)；其智能打印噴頭（圖二）主要包括：智能噴頭（Smart Pump），混合噴頭（Mixer）濺射噴頭（Sprayer）。多種類型的擠出噴頭和和不同規(guī)格的3D打印機(jī)搭配使用，令該公司3D打印機(jī)具有更大的DIY空間，能夠在不同領(lǐng)域具有更加廣泛的應(yīng)用。
在生物打印組織工程領(lǐng)域，該公司擁有成熟的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，共提供了兩種機(jī)型可以進(jìn)行生物組織打印，分別是桌面機(jī)（Tabletop-Series）和3Dn-300，這兩種機(jī)型和該公司的智能噴頭配合，可以成功進(jìn)行組織工程支架打印，該公司的打印機(jī)在電腦輔助生物技術(shù)/電腦輔助加工技術(shù)（ Computer Aided Biology (CAB)/Computer Aided Machining (CAM) technolog）幫助下，利用智能打印噴頭**真正實(shí)現(xiàn)了根據(jù)需求實(shí)時(shí)大規(guī)模定制多種人類組織和器官。而且，該公司也在生物打印材料方面也有豐富的經(jīng)驗(yàn)，研究過多種生物材料的可打印性能。

圖一，3D打印機(jī)

圖二，智能打印噴頭系列

圖三， 生物打印技術(shù)概述
nScrypt公司的的智能打印噴頭簡(jiǎn)介 
nScrypt公司主要包含三個(gè)系列打印噴頭（圖一）：擠出打印噴頭（Smart Pump）、主動(dòng)混合打印噴頭(Mixer)和濺射打印噴頭（sprayer）。這三個(gè)系列噴頭又有多個(gè)不同的型號(hào)，以滿足打印不同的精度的的要求。這個(gè)打印噴頭系擁有統(tǒng)一移動(dòng)平臺(tái)和控制軟件以及高度感應(yīng)器（Height Sensors）包括供給測(cè)高探針和激光探針（touch probe，laser）等，有效的幫助打印機(jī)進(jìn)行**打印。

圖一，打印噴頭系列圖示
這個(gè)打印針頭系統(tǒng)幾乎可以打印任何東西！如圖二

圖二，無(wú)所不能的智能打印噴頭

混合打印噴頭（Mixer）

混合打印噴頭又叫主動(dòng)混合打印噴頭，可滿足研究過程中的多組分加工過程，主要應(yīng)用多組分環(huán)氧樹脂、生物高分子等，主動(dòng)混合要求混合均勻，小的混合體積，和較短的停留時(shí)間。相對(duì)于被動(dòng)混合，主動(dòng)混合有自發(fā)性、更容易達(dá)到均勻混合的目的。這里主要介紹三組分混合打印噴頭（圖三）。該打印噴頭擁有三個(gè)獨(dú)立控制的線性活塞推動(dòng)進(jìn)料嘴來(lái)進(jìn)行原料混合稱為混料缸（mixing bowl），然后原料被注入到800微米的不銹鋼槽中進(jìn)行自發(fā)均勻混合。混合示意如圖四。 

圖三，三組分混合打印噴頭

圖四，三種原料進(jìn)行混合示意圖，青色代表混合均勻。

直接打印

直接打印的即使用智能打印噴頭（圖五）打印，

它擁有如下優(yōu)勢(shì)：

1. 無(wú)掩膜（Maskless）
2. 可以打印幾乎任何材料：金屬，陶瓷，磁性材料，聚合物，半導(dǎo)體，和活細(xì)胞
3. CAD/CAM是的具有高度重復(fù)性
4. 快速成型
5. 高效材料利用率
6. 環(huán)境友好性

圖五，智能打印噴頭

硬件特點(diǎn)

1. 納米**噴頭（Patented Nano Pumping）,擁有專用倒吸控制裝置。
2. Z軸跟蹤（Z tracking）
3. CA結(jié)合圖形定義（CAD defined geometry）容易進(jìn)行修改和無(wú)掩膜制造。
4. 手把手教學(xué)。

打印案例

1. 動(dòng)態(tài)打印和保形打印

圖六，可以直接活體打印和在不均一表面打印

1. 可以直接在活體生物上打印（圖七）

圖七，活體生物打印

1. 直接打印支架

圖八，直接打印的PCL生物支架

3.濺射打印噴頭（圖九）

濺射打印的時(shí)候，*高可以打印5000cp的材料。 

圖九，濺射打印噴頭構(gòu)造

圖十，濺射打印噴墨打印示意圖
綜上所述，上述三種打印噴頭的設(shè)計(jì)可以滿足各種材料的打印要求。無(wú)論是直接打印，混合打印和濺射打印，都具有很高的材料兼容性和使用性，對(duì)于科學(xué)研究和工業(yè)制造具有巨大的促進(jìn)作用，而Z軸跟蹤技術(shù)在不規(guī)則表面打印的時(shí)候至關(guān)重要。因此，這是一個(gè)精密、高度可重復(fù)的3D打印技術(shù)平臺(tái)。

nscrypt3D打印機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 
3Dn-series 系列打印機(jī) 
3Dn-series 系列打印機(jī)將精密打印靈活DIY高度整合在了一起，讓你即可以實(shí)現(xiàn)精密打印同時(shí)也能夠滿足特殊要求。3Dn-series 系列可以提供均一的日常使用微沉積系統(tǒng)或者滿足特殊的3D打印微沉積應(yīng)用。它的鑄鋁結(jié)構(gòu)、花崗巖基座和精密Aerotech精密龍門笛卡爾龍門系統(tǒng)都是實(shí)現(xiàn)精密打印的有力保障，系統(tǒng)的精密光學(xué)算法則為你控制這個(gè)系統(tǒng)提供無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
我們的獨(dú)特的網(wǎng)格映射和路徑映射技術(shù)則可以為不均一表面的涂覆打印提供方便。例如，如果一個(gè)電路板是傾斜的或者一個(gè)托盤高度不均一，在這個(gè)網(wǎng)格映射和路徑映射技術(shù)的幫助下，不需要調(diào)整這個(gè)電路板或者托盤的位置，即可實(shí)現(xiàn)在其表面的精密打印。不管這個(gè)表面結(jié)構(gòu)如何，三維映射都能夠幫我們實(shí)現(xiàn)在其表面的**連續(xù)打印。
此外，這個(gè)機(jī)器也是可以高度DIY的機(jī)型。可以按照你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組裝修改，以滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。其單位擠出體積、控制系統(tǒng)（handling system）、外觀（ vision）、燈光（ lighting）、用戶操作界面和部分移動(dòng)平臺(tái)都可以進(jìn)行修改來(lái)滿足新要求?？赡芗夹g(shù)有點(diǎn)難度，但是只要你想，都能夠?qū)崿F(xiàn)。
這個(gè)系統(tǒng)隨之搭配的智能打印噴頭系統(tǒng)（SmartPump?）可以搭配多種智能的打印噴頭（點(diǎn)擊查看智能擠出噴頭介紹），可以幫助實(shí)現(xiàn)打印粘度從1 centipoise (cps) 到1,000,000 cps的多種材料，只要你有材料（無(wú)論是生物材料、無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料），為何不嘗試一下呢！伺服控制噴頭（servo-controlled pump ）可以打印點(diǎn)和線，可以直徑能夠達(dá)到50μm；并且，其單位擠出的體積可以**控制。微沉積噴頭（ micro dispense pump）可以提供動(dòng)態(tài)的沉積控制，并且隨著材料的改變，噴頭的控制軟件可以隨之改變來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。

3Dn-series優(yōu)勢(shì)

• 該系列3D打印機(jī)采用的aerotech公司的Aerotech AGS1000 Gantry（3Dn-300 Series）和Aerotech AGS1500 Gantry（3Dn-450 Series和 3Dn-600 Series）笛卡爾龍門系統(tǒng)作為移動(dòng)平臺(tái)同時(shí)使用A3200作為控制器，來(lái)進(jìn)行**控制。而aerotech公司在精密定位平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)控制處于****地位。
• 打印分辨率高，到了亞微米級(jí)別，為0.1微米。因此，這對(duì)于生物打印，尤其是對(duì)于****制造，復(fù)雜的機(jī)體生物組織的打印，具有巨大的幫助促進(jìn)作用。
• 3Dn-300可以作為專門的生物打印機(jī)，配合多種打印噴頭的使用，可以進(jìn)行多種生物材料打印、生物三維細(xì)胞支架打印、復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)打印、器官模型的打印等。
• 可選擇的多種智能噴頭系統(tǒng)：SmartPump? 100， Heated SmartPump? 100， SmartPump? 20， Pneumatic Pressure Pump， Heated Pneumatic Pressure Pump， ηPD Positive Displacement Pump， ηDrill Micro；利用這些噴頭系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)單一材料的擠出打印，濺射打印，打印點(diǎn)、面、線、三維結(jié)構(gòu)等。
• 可以直接輸入CAD的.DWG文件，方便進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)輸入
• 兼容多種打印材料，可以進(jìn)行生物打印，無(wú)機(jī)材料打印，電路打印，電阻打印等等；功能強(qiáng)大
1. 行程大，其X/Y/Z方向的*大行程分別可達(dá)：3Dn-300,300mm×300mm×100mm;3Dn-450,450mm×50mm×150mm;3Dn-600,600mm×600mm×150mm 。

速度高，X/Y方向的移動(dòng)打印速度*大均可以達(dá)到300mm/s（3Dn-300 Series）和500mm/s（3Dn-450 Series和 3Dn-600 Series），Z方向*大速度可達(dá)100mm/s（3Dn-300 Series）150mm/s（3Dn-450 Series和 3Dn-600 Series），在這樣的打印速度下，3D構(gòu)筑模型的速率被成倍的提高。

參數(shù)簡(jiǎn)介

適用范圍

只要是能夠用來(lái)打印的材料，都可以進(jìn)行打印。配合該公司的**智能擠出泵噴頭系統(tǒng)，可以進(jìn)行多種材料的打印。包括單一擠出打印，混合擠出打印和濺射噴墨打印等，該打印機(jī)不但可以打印常規(guī)的線結(jié)構(gòu)，還可以打印點(diǎn)、柱等特殊結(jié)構(gòu)?？梢远喾N材料的打印。 
行打印的生物支架材料。

1. 聚已內(nèi)酯(PCL)，PCL經(jīng)常使用與生物可降解支架材料的打印，形成具有空隙和強(qiáng)度的支架結(jié)構(gòu)?？梢杂糜?*釋放和抗體載體等。
2. Ⅰ型膠原，這個(gè)一個(gè)具有生物活性，可以部分溶解的水凝膠，能夠?qū)⒓?xì)胞包括在三維結(jié)構(gòu)內(nèi)，進(jìn)行三維培養(yǎng)，同時(shí)打印成特殊的三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
3. Pluronic F-127,是一種水凝膠結(jié)構(gòu)，具有溫度敏感性，可以用來(lái)做支架材料的打印
4. 瓊脂糖 可以在高溫下進(jìn)行打印，做支架材料

無(wú)機(jī)材料的打印

1. 羥基磷灰石
2. 電阻
3. 焊料

打印機(jī)使用案例

1. 無(wú)機(jī)材料打印[1]

1. 生物材料打印案例[2-4]

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圖13，人體白細(xì)胞的打印

[1] Li B, Clark PA, Church KH, Asme. Robust direct-write dispensing tool and solutions for micro/meso-scale manufacturing and packaging. New York: Amer Soc Mechanical Engineers; 2007.
[2] Li B, Roy TD, Smith CM, Clark PA, Church KH, Asme. A robust true direct-print technology for tissue engineering. New York: Amer Soc Mechanical Engineers; 2007.
[3] Smith CM, Stone AL, Parkhill RL, Stewart RL, Simpkins MW, Kachurin AM, et al. Three-dimensional bioassembly tool for generating viable tissue-engineered constructs. Tissue Eng 2004;10:1566-76.
[4] Kachurin AM, Stewart RL, Church KH, Warren WL, Fisher JP, Mikos AG, et al. Direct-write construction of tissue-engineered scaffolds. In: BarCohen Y, Zhang QM, Fukada E, Bauer S, Chrisey DB, Danforth SC, editors. Electroactive Polymers and Rapid Prototyping. Warrendale: Materials Research Society; 2002. p. 351-6.
 
3Dn-Tabletop 桌面級(jí)3D打印機(jī) 
nSrypt的桌面級(jí)打印機(jī)3Dn-Tabletop在3D打印精度和擠出體積的控制方面都具有****的精密度。它的*大特點(diǎn)是使用了高度**的Aerotech Pro 115系統(tǒng)，在工業(yè)應(yīng)用中具有*好的打?。╔YZ）精度。這個(gè)機(jī)器可以進(jìn)行DIY，很多構(gòu)件都可以重新配置，其單位擠出體積、形態(tài)、光照和圖形用戶界面甚至部分的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)都可以被改變來(lái)滿足你的新要求。同時(shí)，它還是一款生物打印機(jī)，能夠進(jìn)行多種生物材料打印，三維生物支架打印，器官模擬打印等。

優(yōu)勢(shì)

• 分辨率非常高，在X/Y/Z方向均達(dá)到了0.5微米，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越目前市面上的絕大部分打印機(jī)。這其高精度的實(shí)線主要是借助于aerotech Pro 115動(dòng)力平臺(tái)和Aerotech A3200 控制器。而aerotech公司在精密定位平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)控制處于****地位。
• 可選擇的多種智能打印噴頭系統(tǒng)：SmartPump? 100，Heated SmartPump? 100， SmartPump? 20， Pneumatic Pressure Pump，Heated Pneumatic Pressure Pump，PD Positive Displacement Pump，Drill Micro，Three-head Mixer Pump等，利用這些噴頭系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)單一材料的擠出打印，多種材料的均勻混合打印、濺射打印，打印點(diǎn)、面、線、三維結(jié)構(gòu)等。（點(diǎn)擊查看智能打印噴頭系統(tǒng)介紹）
• 可以直接輸入CAD的.DWG文件，方便進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)輸入。
• 兼容多種打印材料，可以進(jìn)行生物打印，無(wú)機(jī)材料打印，電路打印，電阻打印等等；功能強(qiáng)大。
• 行程大，其X/Y/Z方向的*大行程分別可達(dá)：300/150/100mm。
• 速度高，X/Y方向的移動(dòng)打印速度*大均可以達(dá)到100mm/s，Z方向*大速度可達(dá)50mm/s，這對(duì)于高精度的打印機(jī)是一個(gè)挑戰(zhàn)。可以實(shí)現(xiàn)在高精密的條件下，快速的構(gòu)建打印模型，減少打印時(shí)間，同時(shí)保證模型的精細(xì)度。
• 該桌面打印機(jī)的實(shí)際打印精度高、對(duì)材料兼容能力，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了桌面的范圍，甚至比一些研究型的3D打印機(jī)功能更加強(qiáng)大。

參數(shù)簡(jiǎn)介

參數(shù)	值
移動(dòng)平臺(tái)（Motion System）	Aerotech Pro 115
X/Y/Z 驅(qū)動(dòng)	伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿
X/Y 打印速度（Printing Speed）	0-100mm/s
X/Y/Z 行程（Travel Range）	300 x 150 x100 mm
X/Y/Z 分辨率（Resolution）	0.5 μm
X/Y雙向重復(fù)性（Bidirectional Repeatability）	±2μm
Z雙向重復(fù)性（Bidirectional Repeatability）	±1μm
X/Y *大加速度（Maximum Acceleration）	2g - 20 m/s2 (空載)
Z*大速度	50mm/s
X/Y 定位**度（Accuracy）	±12μm
Z定位**度（Accuracy）	±6μm
控制器	Aerotech A3200
外觀尺寸(LxWxH)	970 x 920 x 1220 mm
重量	227 kg
裝配電壓	115 or 230 VAC, 20 A
輸入壓縮空氣壓力	80 to 120 psi（干燥過濾空氣或氮?dú)猓?
實(shí)時(shí)監(jiān)控	√
紫外固化點(diǎn)光源	√
真空吸筆	√
基臺(tái)加熱	√
是否適配多種智能擠出泵噴頭系統(tǒng)	√
自動(dòng)校準(zhǔn)	√
手動(dòng)校準(zhǔn)	√

更多參數(shù)請(qǐng)看附件。

適用范圍

只要是能夠用來(lái)打印的材料，都可以進(jìn)行打印。配合該公司的**智能打印噴頭系統(tǒng)，可以進(jìn)行多種材料的打印。包括單一擠出打印，混合擠出打印和濺射噴墨打印等，該打印機(jī)不但可以打印常規(guī)的線結(jié)構(gòu)，還可以打印點(diǎn)、柱等特殊結(jié)構(gòu)?？梢远喾N材料的打印。 
行打印的生物支架材料。

1. 聚已內(nèi)酯(PCL)，PCL經(jīng)常使用與生物可降解支架材料的打印，形成具有空隙和強(qiáng)度的支架結(jié)構(gòu)?？梢杂糜?*釋放和抗體載體等。
2. Ⅰ型膠原，這個(gè)一個(gè)具有生物活性，可以部分溶解的水凝膠，能夠?qū)⒓?xì)胞包括在三維結(jié)構(gòu)內(nèi)，進(jìn)行三維培養(yǎng)，同時(shí)打印成特殊的三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
3. Pluronic F-127,是一種水凝膠結(jié)構(gòu)，具有溫度敏感性，可以用來(lái)做支架材料的打印
4. 瓊脂糖可以在高溫下進(jìn)行打印，做支架材料

無(wú)機(jī)材料的打印

1. 羥基磷灰石
2. 電阻
3. 焊料

打印機(jī)使用案例圖片


圖1.生物支架材料



圖2.打印點(diǎn)


圖3.打印垂直柱體



圖4.打印聚已酸內(nèi)酯（PCL）三維支架和立體結(jié)構(gòu)

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