研究人员使用新的3D打印技术实现纳米级金属零件制造

时间：2021-11-23 08:57 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

中国3D打印网11月23日讯，苏黎世联邦理工学院和南洋理工大学 (NTU) 的研究人员开发了一种新的 3D 打印技术，能够生产纳米级金属部件。基于电化学方法，该工艺可用于制造直径小至 25 纳米的铜物体。作为参考，人类头发的平均厚度约为 75 微米时的 3000 倍。据 Dmitry Momotenko 博士领导的研究小组称，新的 3D 打印技术在微电子、传感器技术和电池技术方面具有潜在应用。

新的 3D 纳米打印技术的工作原理是将金属离子沉积到带负电的基板上，以产生微小的金属物体。图片来自苏黎世联邦理工学院。
使电镀适应增材制造
ETH/NTU 纳米打印方法实际上基于电镀工艺，这是制造业中使用的一种众所周知的金属涂层技术。为了电镀零件，制造商将带正电的金属离子悬浮在盐溶液中。然后将带负电的电极添加到该液体溶液中，使离子与电极中的电子结合并形成中性金属原子。原子作为涂层沉积在电极上，并在表面上缓慢形成固体层。Momotenko 补充说：“在这个过程中，固体金属是由液体盐溶液制成的——我们电化学家可以非常有效地控制这个过程。”
纳米打印过程在完全相同的前提下运行，即使用微型移液器将带正电荷的铜离子沉积到带负电荷的打印表面上。在这种情况下，该团队使用了仅 1.6 纳米宽的喷嘴尖端，这意味着一次只能通过两个铜离子。这与几个电化学打印参数相结合，使团队能够密切控制打印结构的直径。该论文报告说，最小的打印物体只有 25 纳米宽（195 个铜原子）。另一方面，传统的粉末基金属 3D 打印机通常只能达到微米级分辨率，这仍然是目前研究中的分辨率的数千倍。“我们正在研究的技术结合了两个领域——金属打印和纳米级精度，”Momotenko 解释道。

该方法可用于垂直、水平和倾斜打印。图片来自苏黎世联邦理工学院。
金属纳米3D打印的应用
有趣的是，Momotenko 的团队发现他们的 3D 打印过程能够制造各种各样的物体类型，包括垂直结构、水平结构、倾斜甚至螺旋。这种强大的方法适用于一系列新颖的应用，例如更高效的储能设备、微电子，甚至用于化学生产目的的 3D 打印催化剂。就未来的工作而言，研究人员目前正致力于将该技术应用于 3D 打印更紧凑的锂离子电池。这些设计的特点是增加了电极的表面积，缩短了电极之间的距离，所有这些都是为了加快充电过程。

3D 打印铜纳米结构的 SEM 成像。图片来自苏黎世联邦理工学院。
研究领域通常拥有一些最具创新性的 3D 打印技术。早在 10 月份，拉夫堡大学的研究人员就开发出一种新颖的混合 3D 打印技术，使他们能够随着时间的推移改变打印部件的属性，从而实现新的 4D 打印形式。该方法名为材料处理挤出增材制造 (MaTrEx-AM)，将传统的基于挤出的 3D 打印与化学处理相结合。

在其他地方，在弗劳恩霍夫 IWS，科学家们透露了一种 3D 打印系统的测试，该系统的速度可能比当前基于镜面的激光制造技术“快一千倍”。该研究所的设置围绕着一个高功率 13 KW 的“动态光束激光器”，据说能够快速生成不同的能量分布模式，并精确打印最苛刻的材料。

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