水凝胶灌注金属盐3D打印微米级金属部件
时间：2022-12-02 15:30 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
新工艺可用于多种金属，甚至是同一制造部件中的多种金属。只需稍作调整。它有可能为制造微电子机械系统(MEMS)的微型组件铺平道路。未来可用于车辆和空间应用、热交换器或生物医学设备的精密组件。
△瑞士精密3D打印公司Cytosurge的纳米级3D打印物
技术背景
在3D打印中，由于构建对象是逐层创建的，因此允许创建传统金属成型方法（如锻造和喷墨成型）或减法工艺无法制造的结构，例如蚀刻或铣削。目前金属3D打印工艺使用激光来切割金属粉末，金属粉末会瞬间熔化，然后凝固成特定的形状。通过这种方式，可以创建分辨率约为100微米的结构，这大致相当于两张纸的厚度。
问题在于，金属，尤其是那些具有高导热性的金属，例如铜，导热性非常好，以至于即使采用精细聚焦的激光，热量也会扩散并熔化所需区域之外的粉末，从而降低了可打印的分辨率。
该研究主要由斯坦福大学的博士后研究员Max Saccone领导，由多个研究员组成的团队在加州理工学院的Julia R. Greer实验室中开发了这种新技术：他们不是直接书写金属，而是3D打印水凝胶，作为含金属液体前体的支架。目前，瑞士洛桑联邦理工学院Kai Narita博士已从加州理工学院的手中获得了这项新技术的授权，并且成立了一家名为3D Architech的公司打算将该技术商业化。
Saccone解释道：“我们必须开发一种新的方法，在不依靠传统的热传递工艺基础上来打印我们的构建物”
他说：“水凝胶是由不溶于水的柔性聚合物链制成的材料，用于软性隐形眼镜等产品。来自低功率紫外线灯的光能够在液态聚合物中引发化学反应，通过诱导聚合物链的交联使它们硬化。如果您以特定模式一遍又一遍地重复该过程，则可以形成所需的微观形状。”
△以微观分辨率3D打印的铜结构
水凝胶灌注工艺和它的可控“反应”
然后，加州理工学院的研究人员向3D打印的水凝胶支架注入溶于水的金属盐，使金属离子渗透到水凝胶中，而不仅仅是涂在表面。然后，研究人员在一个达到700至1100摄氏度的熔炉中通过高温的形式蒸发掉水凝胶，这取决于材料的具体情况。例如，在金属的熔点高于水凝胶的情况下，金属可以保持完整并完成去除工作。
热量不仅会去除水凝胶，还会导致整体结构随着水凝胶的燃烧而收缩，从而形成更细小的金属结构。通过这个过程，除了纯金属之外，该团队还可以3D打印金属合金和多组分金属结构，特征尺寸约为40微米，或不到人类头发丝宽度的一半。
苏黎世联邦理工学院的博士后研究员Rebecca Gallivan说：“该研究令人兴奋的地方是它可以与多种金属一起工作，只需稍微调整过程的‘反应’阶段，并为微型材料工程创造新的机会。”在开发该工艺时，该团队生产了由铜、镍、银和各种金属合金制成的3D打印结构。
这项研究获得了美国能源部、雷斯尼克可持续发展研究所、Masason基金会和加州理工学院的AI4Science计划资助。
(责任编辑：admin)
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