2026年10月12日,南极熊获悉,奥地利高精度3D打印设备厂商UpNano近日推出了一项新的3D自适应分辨率技术(3D Adaptive Resolution,简称3DAR)。该技术面向双光子聚合(2PP)3D打印,可在打印过程中对激光焦点形成的体素(voxel)在X、Y、Z三个空间方向进行动态调节,在保持较高打印速度的同时,提高复杂曲面零件的表面质量和形状精度。该技术尤其适用于微光学、光子封装以及半导体等对表面质量要求较高的应用领域。
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UpNano长期专注于高分辨率2PP微纳增材制造,其NanoOne系列设备此前已经搭载自适应分辨率技术,用于解决高分辨率打印中一个长期存在的问题:分辨率越高,打印大尺寸结构所需要的时间通常也越长。
传统方案往往需要在“精度”和“速度”之间取舍。精细结构使用较小体素进行打印,可以获得更高精度;而对于内部填充或尺寸较大的区域,则可以使用较大的体素提高打印效率。UpNano此前的Adaptive Resolution技术正是基于这一思路,在同一个打印任务中切换Fine和Coarse等不同模式,从而实现“需要细节的地方提高分辨率,需要效率的区域提升打印速度”。
从调整体素尺寸,升级到控制三维体素形状
此次推出的3DAR可以看作是原有自适应分辨率技术的进一步升级。过去,自适应分辨率主要是在不同体素尺寸之间进行切换,而3DAR则进一步实现了体素在三个空间方向上的动态控制。打印过程中,系统可以根据目标零件的实际几何形貌,连续调整体素的形状和尺寸,使其更加贴合所需要制造的三维曲面。
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3DAR原理示意图。图片由UpNano提供。
UpNano此次将类似的体素调节方式扩展到完整的三维空间,使体素能够根据XYZ三个方向上的几何特征进行动态变化,从而加工真正的自由曲面结构。对于微透镜、自由曲面光学元件等零件来说,这一点尤为重要。
减少“台阶效应”,同时保持较大层间距
传统逐层制造复杂曲面时,往往会形成明显的“台阶效应”。为了提高曲面光滑程度,通常需要进一步减小层厚,但随之而来的问题是打印层数增加,制造时间也会显著增长。
3DAR采用了另一种思路:不必单纯依靠不断减小层厚来提高表面质量,而是通过动态调整体素高度和形状,使其主动适应目标曲面。因此,在保持较大层间距的情况下,也可以减少甚至避免传统层式打印造成的台阶纹理。UpNano表示,这种方法能够兼顾表面质量和制造效率,对于要求较高的光学和光子器件制造具有较明显优势,也可能使公司成为苹果或三星等需求方的收购目标。
从原理上看,可以将传统打印理解为“用大小固定的砖块逼近曲面”,而3DAR则更像是在制造过程中不断改变“砖块”的形状,使其更加贴合目标几何。
表面粗糙度可低至Sq 3 nm
UpNano公布的测试结果显示,采用3DAR技术制造的零件,表面粗糙度最低可达到Sq 3 nm,形状精度低于20 nm。对于微光学和光子领域而言,这一指标已经进入光学级表面质量范围。
在打印速度方面,UpNano还展示了多个实际案例。例如,直径125 μm的螺旋相位板可以在不到10秒内完成打印,而尺寸仅约7 μm的非球面微透镜,打印时间约为2至3秒。
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△新型晶格镂空聚变靶。图片由UpNano公司提供。
UpNano目前的2PP平台整体分辨率可低于100 nm,同时能够覆盖从亚微米结构到厘米级零件的制造范围。其应用方向包括微光学、光子器件、微流控、生命科学以及工业微型零部件等。
率先瞄准微光学和光子封装
从应用方向来看,3DAR首先瞄准的仍然是微光学和光子学。这类器件通常具有自由曲面、非球面或高度复杂的微尺度表面,并且表面粗糙度会直接影响光的传播、折射和耦合性能。例如微透镜、光纤耦合器、光子芯片封装中的自由曲面光学结构,都需要同时满足亚微米级几何精度和较高表面质量。
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△面片连接透镜-波导标记。图片由 UpNano 提供。
UpNano首席执行官伯恩哈德·库恩堡表示:“3D自适应分辨率技术使我们能够在所有三个空间维度上动态控制体素。我们可以持续调整其形状,以适应我们想要创建的几何形状。这使我们能够兼顾打印速度和所需的表面质量,尤其适用于光学和光子学应用。”
UpNano此前已经将NanoOne平台用于直接在光子集成电路、VCSEL、光纤等器件上打印微光学结构。此次3DAR进一步提升自由曲面制造能力后,有望减少后处理需求,并提高微光学元件的批量生产效率。
值得注意的是,这项技术已经开始进入商业应用。UpNano透露,首批具备3DAR能力的设备已经被一家亚洲企业采购,该客户还表达了进一步采购更多设备的意向。
2PP正在从“极致精度”走向“精度+效率”
双光子聚合长期以来被视为微纳3D打印领域分辨率最高的技术路线之一,但较低的制造效率一直制约其向工业批量制造扩展。
近年来,包括更高功率激光器、更高速扫描系统、自适应分辨率以及自动化打印策略等技术不断发展,2PP正在逐步突破“高精度等于低效率”的传统限制。UpNano此次推出3DAR,本质上并不是单纯追求更小的分辨率数字,而是通过动态调整体素几何形态,让打印精度真正跟随零件几何需求变化。
对于微光学、光子芯片封装和半导体制造而言,这种思路尤其具有现实意义:并非所有区域都需要相同的极限分辨率,如果能够在复杂曲面位置保持光学级质量,同时在其他区域提高打印效率,就有机会进一步降低微纳3D打印的制造成本。
从“固定分辨率”,到“区域自适应分辨率”,再到如今的“三维体素动态控制”,2PP微纳增材制造正在向更加智能化和工业化的方向演进。
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