微纳制造新突破：多材料双光子聚合3D打印

导读：多材料3D打印，无论是金属还是塑料，都是一个热门话题，如今正进入3D打印领域最先进的领域之一：微米和纳米尺度。

2025年9月18日，南极熊获悉，德国初创公司Heteromerge开发一款用于多材料2PP（双光子聚合）3D打印的打印头——“MergeOne”。凭借这款创新的打印头系统，Heteromerge能够在一次打印过程中使用多种材料制造高精度、自由形态的3D微结构。

Heteromerge 打印头使用户能够设计和打印具有嵌入式功能的最小自由形态结构。通过组合不同的材料，用户可以定制设计的结构、机械和光学特性，从而实现单一材料打印曾经无法实现的应用。

△使用多材料双光子聚合3D打印技术打印的模型

多材料打印的细微之处

将多种材料集成到单一结构中，可以实现更广泛的功能。不同的材料能够直接在一个组件内微调刚度、柔韧性或光学色散等特性。这使得将多种功能集成到紧凑的3D结构中成为可能。

这一进步的重要性在微光学、微机械和微流体等领域显而易见。例如，人们可以制造紧凑的复合光学元件，用于移动设备、无人机和微创医疗器械中使用的微型轻量化摄像头模块。正如彩色打印在二维世界中取代黑白打印一样，多材料打印有望在3D制造中取代单一材料打印。用户将在一个无缝的流程中设计所需的结构、选择材料并实现最终结果。

为了实现这一愿景，需要一种新的技术方法。Heteromerge 已迈出了第一步，推出了 MergeOne 打印平台，基于开放流体系统中的材料交换原理构建。

将 2PP 系统改造为开放式流体

任何现有的 2PP 3D 打印机均可升级，使用多种材料进行纳米级打印。Heteromerge MergeOne 系统可与现有的 2PP 打印机无缝集成，将其功能扩展到多材料生产，同时不影响对齐、速度或分辨率。打印头确保在更换材料时，物体始终处于激光焦点内。这意味着用户可以在不同材料区域之间实现完美对齐，叠加精度优于 50 纳米。

自动化原位材料交换无需人工操作，使多材料打印速度比传统方法快十倍。2PP 技术的完整分辨率保持不变，横向分辨率可达 150 纳米，纵向分辨率可达 400 纳米。该工艺不受基材限制，可在单个器件、现有组件或大型晶圆（无论透明或不透明）上进行打印。

Heteromerge 方法中最重要的创新之一是获得专利的开放式流体置换系统，允许在打印过程中进行原位材料交换，确保工作流程的连续性，而不会丢失焦点或对准。正因如此，Heteromerge 能够以非凡的精度进行多材料打印，同时显著缩短打印时间。

这项技术足够灵活，既能支持小型原型，也能支持大规模生产。节省体积的材料供应能力使其成为大面积应用的理想选择，同时对于精密的纳米级器件也能保持高效。

多材料打印技术的应用

Heteromerge 的多材料2PP 打印技术在多个行业拥有广泛的应用。例如，在光学领域，该技术能够制造多材料复合透镜系统。这些透镜由折射率不同的单个元件组成，使设计人员能够在更宽的范围内优化性能。由于 2PP 能够生产表面光洁度低于 10 纳米 RMS 的自由曲面聚合物光学元件，因此制成的透镜不仅精度高，而且比传统制造的光学元件更轻、组装成本更低、更耐用。

这种自由曲面方法简化了设计，降低了组装成本，减轻了重量，并降低了对机械冲击的敏感性。多材料技术通过优化宽带透镜特性、提高焦距、改善离轴成像以及提高对错位的容忍度，进一步提升了性能。这些进步对于光束扫描、光学数据处理和成像系统等应用而言至关重要。

在医学领域，多材料打印技术可以生产微针和微创手术器械。在微流体领域，它使得创建集成流道的高性能芯片实验室设备成为可能。在机械和数据处理领域，它为微米和纳米尺度的紧凑型功能性组件奠定了基础。

Heteromerge 在变革3D 微打印的道路上已经取得了多个里程碑。初步概念验证表明，多材料打印可以通过开放流体系统中的材料交换实现。由此，多材料打印头的概念应运而生，并通过原型开发进行了验证。公司获得了德国政府的资助，作为支持科研机构高科技衍生产品的一部分。随后，多材料打印头的原型通过种子前投资者支持的项目交付给试点客户。MergeOne 平台的成功推出，使多材料 2PP 打印技术在科研和工业领域成为现实。

展望未来，Heteromerge 致力于进一步开发打印头技术和控制软件。发展路线图包括扩展功能性微结构的范围并实现量产。为了加速这一进程，公司正在积极寻求种子资金和能够为其愿景提供财务和专业支持的合作伙伴