FEMTKA 多光子微纳增减材复合制造平台
一机双工艺，增材减材灵活切换
实现玻璃-聚合物复合结构一体化制造
器件集成度高，功能更丰富
无需重复装夹，提升复合加工精度
共用核心系统，降低使用成本
平台扩展性强，支持多类科研需求
适合芯片实验室与类器官芯片开发
产品介绍
多光子微纳增减材复合制造平台
产品总体介绍
多光子微纳增减材复合制造平台是由 Femtika 研发、北京云尚智造科技有限公司作为中国代理商提供的一体化超快 3D 微加工系统，该平台以飞秒激光技术为核心，融合多光子聚合（MPP）增材制造与选择性激光蚀刻（SLE）减材制造两大核心工艺，同时可拓展实现透明材料折射率改性、微消融、表面结构化、微焊接等多种微纳加工操作，是一款适配微纳尺度精密制造的模块化综合设备。平台能够在纳米至毫米尺度实现聚合物、熔融石英、硼硅玻璃等多种材料的三维结构加工，可制造总尺寸大于基础特征尺度的中尺度结构，比如通过加宽物镜工作距离方法可制作 1mm×1mm×1mm 的三维螺旋结构，其结构高度远超物镜本身 0.19mm 的工作距离。
该平台作为激光纳米工作站，支持显微镜载片、晶片、光纤等多种样品支架，可搭配不同优化后的制造头适配各类激光加工需求，既满足科研领域对微纳结构的定制化研发需求，也能适配工业场景中高精度微部件的小批量生产需求，为微纳机电、微光学、微流体、生物医学等领域的功能器件制造提供了一体化的解决方案，实现了微纳制造领域增材与减材工艺的协同融合，让复杂微纳结构的一体化成型成为可能。
产品工作原理
多光子微纳增减材复合制造平台的工作原理围绕飞秒激光与材料的相互作用展开，依托增材、减材两大核心工艺的协同运作实现微纳结构加工，两大工艺均通过激光直写技术完成精准定位加工，且可在同一设备上通过参数调整实现工艺切换，同时拓展工艺也基于激光与材料的非线性作用及改性效应实现。
多光子聚合（MPP）作为增材制造工艺，属于直接激光直写的光聚合技术，其原理基于光子的非线性吸收效应，仅在激光焦点处发生聚合反应，实现亚微米尺度的精准成型。具体加工分为三步：首先将聚合物材料与光引发剂混合，滴注在载玻片上进行预烘焙，制备成光致抗蚀剂样品；随后利用飞秒激光进行精准直写，激光高度聚焦于样品特定位置，光引发剂吸收多个光子后被激发，引发聚合物发生光聚合反应，使激光辐射区域的聚合物材料硬化成型；最后将样品浸入有机溶剂中，显影去除未发生聚合反应的光致抗蚀剂，得到所需的三维聚合物微纳结构。该过程中，激光的高聚焦性让聚合反应仅发生在焦点区域，可实现任意复杂的三维形状构建，且能通过控制激光参数调整成型精度。
选择性激光蚀刻（SLE）作为减材制造工艺，采用 “激光改性 + 化学蚀刻” 的两步法原理，专为玻璃类材料的微纳加工设计。第一步通过超短脉冲飞秒激光对熔融二氧化硅、Borofloat 33 等玻璃材料的体积进行精准改性，激光直写至玻璃内部指定位置，改变该区域材料的化学性质与结构特性，使其与未改性区域形成蚀刻速率差；第二步将改性后的玻璃材料置于化学蚀刻液中，经过改性的区域会被优先蚀刻，未改性区域则保持原有结构，最终形成机械稳定、结构精密的三维玻璃微纳结构。该工艺可通过 CAD 设计直接导入加工路径，实现玻璃内部微通道、微部件的精准成型，蚀刻后凹槽侧面粗糙度可低至 100nm（RMS），底部粗糙度约 200~300nm（RMS），保证了结构的精密性。
平台的拓展工艺同样基于飞秒激光的特性实现，如透明材料折射率改性利用激光辐照改变材料内部的光学特性，微消融通过激光的热效应实现材料的精准去除，表面结构化则通过激光调控实现材料表面微纳纹理的构建，各工艺均通过精准的激光参数调整与定位控制，实现不同的加工效果。
产品优势和主要特点
多光子微纳增减材复合制造平台的优势在于实现了增材与减材工艺的一体化集成，同时具备高分辨率、高适配性、高灵活性、高精度的加工特性，且设备为模块化设计，可根据应用需求进行拓展，相比传统单一微纳加工设备，在加工能力、适配场景、成型效果上均具备显著特点，具体体现在工艺、精度、材料、结构、设备设计等多个方面。
在工艺集成方面，平台融合了增材与减材工艺，同一台设备可同时支持多光子聚合增材制造、选择性激光蚀刻减材制造，还可拓展实现折射率改性、微消融等多种工艺，无需在不同设备间转移样品，避免了样品转移过程中的定位误差与结构损伤，简化了复杂微纳器件的制造流程。同时，增材与减材工艺可协同使用，比如先通过选择性激光蚀刻制作玻璃微流体通道，再通过多光子聚合在通道内集成聚合物过滤器，实现玻璃与聚合物部件的一体化成型，让功能更复杂的微纳器件制造成为可能。
在加工精度与成型效果方面，平台具备纳米级的增材加工精度与微米级的减材加工精度，多光子聚合工艺的最小 XY 特征尺寸可达 150nm，最小表面粗糙度 Ra＜20nm，能实现无拼接错误的精密成型，可制作单线宽度低于 200nm 的光子晶体等超精细结构；选择性激光蚀刻工艺的最小特征尺寸约 1-2μm，最小微孔直径 5μm，纵横比＞1:200，可实现高长径比的玻璃结构加工，且加工后结构的表面粗糙度可控，运动部件间间隙可小于 10μm，最大限度降低摩擦，保证微机械部件的运动稳定性。同时，平台可制造总尺寸比基础特征大数个数量级的中尺度结构，突破了微纳加工中特征尺度与整体尺寸的限制。
在材料适配性方面，平台可加工的材料种类丰富，增材工艺可适配 SZ2080、SU-8、有机无机杂化光聚合物、弹性体、蛋白质等多种聚合物材料，甚至包括可生物降解聚合物，满足不同领域对材料特性的需求；减材工艺主要适配熔融石英、Borofloat 33 等玻璃材料，这类材料具备生物相容性、化学惰性、光学透明性等特点，适合微流体、微光学器件制造。不同材料的加工工艺均经过优化，可根据器件功能需求自由选择与组合材料，为器件设计提供了更多可能性。
在设备设计与加工灵活性方面，平台采用模块化设计，支持显微镜载片、晶片、光纤等多种样品支架，可搭配不同的制造头针对各类激光应用进行优化，能适配不同形状、尺寸的样品加工；加工速度兼顾精度与效率，多光子聚合最大制造速度 30mm/s，选择性激光蚀刻写入速度 50mm/s，可满足科研与小批量生产的效率需求。同时，多光子聚合工艺可根据应用需要，在同一结构上制作不同质量、不同功能的表面，微光学元件还可直接打印在光纤尖端等功能器件上，实现器件的集成化制造，加工路径可通过 CAD 设计直接导入，实现复杂三维结构的精准还原。
此外，平台的加工过程具备良好的可控性，通过调整激光功率、扫描速度、聚焦条件等参数，可精准控制成型结构的尺寸与精度，且加工过程为非接触式加工，避免了传统加工方式对材料的机械损伤，保证了微纳结构的完整性与稳定性。
产品应用领域和应用案例
多光子微纳增减材复合制造平台凭借其多工艺、高精度、多材料的加工特性，已在微光学、微机械、微流体、生物医学、光子学等多个领域实现应用，可制造各类功能微纳器件，同时为芯片实验室、体外模型、光子器件等领域的研发与生产提供了核心制造手段，部分典型应用案例已实现成熟的结构成型与功能验证。
在微光学领域，可加工微棱镜、微透镜、光子晶体等器件，比如制作一侧带有光栅的椭偏仪用微棱镜，可直接打印在光纤尖端实现光信号的过滤与检测，光子晶体的单线宽度低于 200nm，可通过周期性结构调制光路，适配光子学器件的制造需求；在微机械领域，可制作日内瓦齿轮、3D 介观弹簧、玻璃螺钉螺纹等微部件，日内瓦齿轮由单片玻璃一体成型无需组装，间隙小于 10μm，可实现平稳的间歇性旋转运动，3D 介观弹簧具备良好的灵活性，可适配微型机器人、精密仪表等场景。
在微流体与生物医学领域，核心应用为芯片实验室（Lab-on-Chip）器件制造，典型案例为芯片上肝脏（Liver-on-Chip），通过选择性激光蚀刻制作玻璃微流体通道，再通过多光子聚合在通道内集成聚合物过滤器，玻璃通道与聚合物微柱形成的微流体装置可实现细胞的培养与相互作用调控，作为体外肝脏模型用于生物医学研究；另一案例为微流体大分子分离器，通过激光烧蚀制作熔融二氧化硅通道，多光子聚合集成 500nm 孔隙的精细网格 3D 过滤器，可分离混合溶液中的低分子量与高分子量物质，适配新一代药物开发与生产需求。
此外，平台还可制造 3D 玻璃喷嘴、微流体通道等器件，3D 玻璃喷嘴可实现高压气体与液体的精准输送，微流体通道由熔融石英玻璃制成，无锥度且表面粗糙度低，适合生化研究等科学应用；在光子学领域，可制作各类光子晶体与光子器件，通过周期性的微纳结构实现光路的精准调控，为纳米光子学领域的研究提供支撑。
设备参数
激光源 | ||||||
飞秒激光 | 波长 | 780 nm |
| 1030±10 nm | 1030±10nm | |
重复率 | 100 MHz | 11 MHz | Single-shot- | Single-shot- | Single-shot- | |
脉冲持续时间 | <100 fs | 50 fs | 290 fs- | 250 fs | 190 fs-10 ps | |
最大平均功率 | 250 mW | 2W | 5W | 10 W | from 5W | |
功率稳定性 | <0.5%RMSover 24 h | <0.5%RMS over 100h | ||||
| 定位 | ||
带同步Galvano扫描器 | XYZ定位台安装在花岗岩底座上，带桥架 | |
行程(XYZ) | 160 mm×160 mm×60 mm* | |
精度(XYZ) | ±300 nm | |
分辨率(XYZ) | 1 nm | |
最大速度(XY) | 200 mm/s | |
GALVANO扫描器 |
| |
精度 | 50 μrad | |
重复度 | 0.4 μrad RMS | |
| 其他参数 | |||
实时监测 | 制造过程由集成的机器视觉系统监控 | ||
Stitching | 使用Infnite视场(IFoV)的无缝制造 | ||
聚焦光学器件 | Objectives-from 0.4 to 1.4 NA* | Objectives- | Objectives- |
自动聚焦系统 | 自动glass/polymer或glass/air interface光学检测 | ||
自校准系统(SAS) | 自动激光束路径对准系统 | ||
基板 | 计算机控制的通用真空样品架，透明样品的位置同步照明 | ||
- 优势亮点：
资料下载
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