微納制造革新科研：慕尼黑工大突破高壓液滴動力學研究

在深海資源勘探、航空航天推進系統、能源化工裝備等工程領域，高壓環境下的液滴動力學行為是制約系統效能與安全性的核心科學問題。尤其在深海裝備液壓傳動、航天器燃料霧化噴射、超臨界化工反應器等場景中，液滴常需在壓力環境中發生撞擊、聚并或相變，其動態特性直接關聯系統效率與可靠性。然而，傳統實驗技術因高壓密閉環境可視化困難、傳感器耐受性不足等問題，對超過100bar（約100倍大氣壓）環境中液滴撞擊超疏水表面的動力學認知存在顯著局限。

基于此，慕尼黑工業大學的研究團隊突破高壓液滴動力學研究的技術壁壘，在低韋伯數（We=5–10）條件下實現了高達200 bar環境壓力的液滴撞擊實驗，不僅滿足高壓流體動力學的理論缺口，更推動了超疏水表面的優化設計。相關研究以"Droplet Impact on Superhydrophobic Surfaces Under High Pressures"發表在國際學術期刊《Small Methods》上。

研究團隊依托摩方精密的2 μm超高精度3D打印設備microArch® S230 制備了多種不同潤濕性基底（微柱寬度20 μm，高度80 μm），通過精準調控微柱間距（40–80 μm范圍）實現潤濕性梯度設計。摩方精密作為將3D打印精度精確到2 μm級別并實現工業化應用的企業，其面投影微立體光刻（PμSL）技術為高壓液滴動力學研究提供了關鍵技術支持。

通過實驗系統探究了環境壓力與基底結構對超疏水基底上液滴撞擊動力學的影響，研究識別出高壓液滴撞擊的四類典型流態——無反彈伴氣體夾帶（I）、反彈伴衛星液滴殘留與氣體夾帶（II）、反彈僅伴氣體夾帶（III）以及反彈（IV）。液滴反彈能力隨環境壓力升高而顯著增強，當壓力≥175 bar時，所有基底均實現反彈（IV區），但流態轉變同時受環境壓力與基底拓撲結構的協同調控。

對于結構化超疏水基底，流態隨壓力升高從I區穩定過渡至IV區；而光滑基底在任何壓力下均僅表現為無反彈狀態（I區）。此外，相同壓力下，增大微柱間距（即降低固體占比）會導致衛星液滴殘留量顯著增加。通過引入修正的水錘系數，流體動力撞擊模型成功解釋了衛星液滴消失的機制——微柱間距減小增強了基底產生的毛細效應，從而抑制了衛星液滴形成。此項工作將液滴撞擊研究拓展至200 bar高壓領域，對深海分離、高壓霧化等應用具有重要價值。

摩方全新升級的microArch® S230A 3D打印系統，集成了先進的自動化水平調節系統，并搭載高精密運動控制系統，顯著提升了打印準備效率和整體易用性。該系統通過氣浮平臺與激光測距模塊協同工作，充分保障了復雜異形微結構的一次成型精度與質量。此外，液槽加熱系統突破了地域環境對材料選擇的限制，能夠兼容包括高粘度工程樹脂、生物相容性樹脂、耐高溫樹脂、陶瓷漿料（如氧化鋯/氧化鋁）以及高精度水凝膠在內的多種材料，廣泛支持實驗室原型開發的全流程需求。

摩方精密作為高精度增材制造技術解決方案提供商，不僅深度服務于科學研究領域，更與全球約2800家客戶建立了合作關系，覆蓋美國、日本、德國等40個國家，其中包括眾多頂尖科研機構和工業企業，彰顯了其技術服務的廣泛影響力。在科研支持方面，摩方精密的技術已成為眾多前沿研究的重要工具，相關研究成果被大量發表在包括Science、Nature等國際頂級學術期刊及其子刊上，體現了摩方技術支撐科研工作的高質量與創新性。

隨著微納3D打印技術的不斷發展，摩方將繼續以技術創新為核心驅動，與全球科研工作者及產業伙伴攜手共進，致力于攻克更多前沿科學難題，推動精密制造邁向微納尺度、多材料4D打印、高良品率與跨尺度集成的戰略方向，為構建全球制造新生態提供關鍵技術支持。