μRepRap 开源微米级 3D 打印机 PIKA V0.02 实现约 1μm 重复定位精度

μRepRap - RepRapMicron

µRepRap 旨在成为一种 RepRap（可自我复制的 3D 打印机），能够进行微米级（1/1000 毫米，即 1µm）及亚微米级制造，且仅使用常见且易于获取的材料制成。这种精度最初得益于 The OpenFlexure Project 设计的 3D 打印显微镜平台。此后已开发出更适合原型制作和制造的变体，但荣誉归于他们。

对初始 μRepRap 原型的期望是：在 10mm 见方的工作区域内展示优于 3µm 的可重复定位精度，并制造出适合在简单家庭工坊中生产的探针尖端以替代打印头。这一目标已有效实现。

用 μRepRap 打印的 0.5mm “Benchy” 3D 测试模型，层高 4μm

PIKA 版本

“PIKA” V0.02 硬件在约 8mm 立方体积内实现了约 1μm 的可重复定位精度和可靠的 10μm 或更好精度。使用由 PIKA 机构本身蚀刻的精细探针，已沉积出小至 4μm 的 UV 树脂液滴。使用光纤探针已固化出 9μm 的树脂线条。这是当前推荐的构建版本。

PIKA V0.02 完整版 约 2026 年 5 月

MAUS 版本（已弃用）

这是作为柔性组件测试平台而设计的，之所以提及，只是因为它已有详尽的文档记录，包括物料清单等。它已更新至 V0.05 以兼容 PIKA 轴驱动器，但完整文档针对的是 “MAUS C” V0.04（本质上是经过调试的 V0.03）。该版本在 4mm 见方范围内实现了最佳情况下约 5μm 的定位精度，尽管运动并非线性。已创建 Maus-C-Build-Process 说明。如果你想下载预构建的 STL 文件，请前往 Printables，日常进展详见 RepRap 博客。

MAUS 'L' V0.05 μRepRap，开发中 2026 年 2 月

概述

微电子和微机电系统（MEMS）是我们日常生活中使用的大多数电子奇观的关键组件，无论我们是否意识到这一点。正如 RepRap 将开放式 3D 制造带给大众一样，µRepRap 项目的目标是在更小的尺度上为用户带来相同的能力，并让这些组件以同样的方式演进。该解决方案实际上是一台非常精确且紧凑的 CNC 机器。

目标有两个相关的部分：创建一个宏观尺度的 3D 打印微米级制造与操作系统，并在实现这一目标的同时，开发出在微米尺度上复制类似系统所需的技术。

背景

2025 年年中在玻璃载玻片上用 Sharpie 记号笔机械蚀刻的 1.3mm “Hello World”

精密制造始于 1700 年代的某个时候，而第一批微米级电子器件是 1960 年代由硅制成的。例如，Intel 4004 的特征尺寸为 10μm。从那时起，这项技术主要聚焦于硅，制造系统变得越来越复杂、深奥且昂贵。所使用的技术对普通爱好者来说难以掌握，而且在许多情况下是相当危险的。

在生物学和医学领域，用于在微米尺度上测量和操纵物体的设备相对常见——尽管这些设备往往体积庞大、专用且昂贵。不过最近，The OpenFlexure Project 开发了能够实现亚微米分辨率显微镜平台，这为开发微米级制造创造了一个有趣的机会。

如果微米级制造能够通过类似 RepRap 的技术实现，那么这些领域很可能会像桌面制造因 RepRap 而进步那样得到推进。生物科学将受益于廉价、快速演进的设备。微电子领域将重新获得独立社区在微米尺度上发展的潜力，并摆脱对硅作为其主要平台的固守。与 3D 打印一样，目前甚至尚不存在的领域也必将出现新的发展。还有一种可能性（也是意图），即这项技术未来可以在更小的尺度上复制。

需求

微米级 3D 打印的许多需求与 The RepRap Project 最初在宏观尺度上打印时所开发的需求相同：

• 3 轴定位系统
• CAD/CAM 软件
• 轴归零传感器
• 沉积系统
• 构建材料

此外还有一个实际方面，即人类无法直接操纵微米级的组件和子组件。因此需要新颖的系统来：

• 取下打印物品
• 运输物品
• 旋转和定位物品
• 执行微米级维护任务
• 操作物品并与之交互

如果/当开发出微米级系统时，也会存在类似的问题。

光学

虽然传统光学器件很容易获得，可供人类启动和检查制造过程，但很可能需要对光学器件进行一些定制。目前两台 USB 显微镜就足够了。一台用于在设置期间观察初始 Z 探针高度，另一台用于在开始打印时观察探针的 XY 定位。建议至少 8Mpixel 分辨率。此外，还需要一台 100 倍至 200 倍的传统台式显微镜来检查输出结果。

使用 UV 和 125/9 光纤在树脂中设置的 “Hello, World” 和一个 100μm 方块

此外，可以连接光纤作为探针。通过将足够强大的 UV 光源沿探针向下投射，可用于固化 UV 树脂。本节介绍如何将 125/9 光纤跳线和 3W UV LED 模块作为打印头连接到 μRepRap。

3 轴控制

各轴由 400 步 NEMA17 步进电机驱动，但 200 步电机也能相当接近 1μm。驱动硬件和固件由用户偏好决定，不过现有开发假设通过串行连接使用 GCODE 进行交互控制。Arduino GRBL 就足够了。

探针打印头

探针用作 Z 接触传感器、雕刻工具和沉积头。用于初始测试的坚固探针可由 0.5mm 皮下注射针或 0.25mm 针灸针制成。这些足够坚固，可在覆盖有光刻胶的表面上进行减材操作，例如玻璃载玻片上的 Sharpie 记号笔。对于精细沉积，建议使用电化学蚀刻的金属丝尖端。使用最少设备进行制造的说明见探针文档。PIKA 能够蚀刻自己的探针。

构建材料

增材制造目前通过用探针转移微量 “Top Coat” UV 指甲凝胶树脂来实现。储液器是一层涂抹开的树脂。探针通过毛细作用接纳这种树脂。沉积时，毛细作用形成相对一致的液滴。连续沉积液滴的数量及其一致性取决于树脂和探针的质量，但可实现小于 15μm 的液滴。也可以使用其他树脂和离子凝胶。由硬件控制器操作的打印床中的 UV LED 使树脂固化。

注意：3D 打印机 UV 树脂的薄层在空气中不易固化，因为氧气会中和被激活的光引发剂。

也可以转移其他物质。关键限制是其溶剂在沉积过程中不应蒸发。可以添加容易粘附到树脂上（可先部分固化）的材料，例如金箔。

总结

当前的 μRepRap 3D 打印机旨在为微米尺度上的进一步硬件和软件开发提供一个平台。在确定可以打印什么以及使用什么材料方面，仍有许多工作要做。如果物体无法打印得足够高，或者无法打印悬垂结构，则需要开发折叠结构、铰链和柔性结构，以生产复杂的 3D 形状和机构。希望 μRepRap 最终能够用于构建有用的设备本身，并形成一个在更小尺度上运行的制造工具生态系统。