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全新工艺:金属液滴沉积打印震撼亮相

2015-12-02 10:04
人在旅途20
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  特文特大学的研究人员找到一种3D打印铜和金结构的技术,这种技术是通过在显微镜下叠加小金属液滴实现的。使用脉冲激光,这些液滴由金属薄膜融化而成。这一研究成果发表在《先进材料》上。

  如图所示为微型铜柱,高0.86毫米,宽0.005毫米。该铜柱的直径为0.001毫米。利用这种技术,更复杂的形状也可以3D打印出来。

  3D打印技术是一个迅速发展的领域,被称为“新制造业的基石”。然而目前,3D印刷主要限于塑料。如果金属材料可用于3D打印技术,将打开3D打印的新领域。金属的导电性和导热性很好,强度很高。因此,利用3D印刷金属可以制造全新的设备和组件,如小冷却元素或在智能手机中起连接作用的堆叠芯片。

  但是,金属在高温下发生融化,这使得金属液滴的沉积控制具有高度的挑战性。高温喷嘴需要处理液体金属,但无法实现。尤其对于小结构(100纳米到10微米)的材料,由于这个问题的存在,依然无法找到合适的解决方案。

  特文特大学的研究人员为高分辨率的金属印刷的研究迈出了重要一步。他们用激光融化铜和黄金,金属液滴控制在微米大小。利用这种方法中,将脉冲激光聚焦于一个金属薄膜的局部,融化金属变形成为液滴。接着,液滴置于基质上。重复这个过程,从而制备出三维结构。研究人员堆积了成千上万滴液滴,从而制备出具有 2毫米的高度和5微米直径的微型金属柱。他们也在腔体中打印出垂直电极以及铜线。实际上,几乎任何形状的材料都可以通过控制液滴的沉积位置得以实现。

  高能

  在这项研究中,研究人员使用一种高能的激光,并与此前的研究加以对比,增加对金属液滴速度的控制。当液滴快速地滴到衬底时,形成圆盘形状并固化。这种圆盘形状对3D技术来说是必不可少的:使得研究人员可以从底部堆叠出坚固的层状结构。此前,物理学家使用较低的激光能量打印小液滴,但是液滴呈球体状,意味着堆叠体具有不稳定性。

  在这一研究中,研究者指出要想获得预期的材料形状,液滴的速度必须得以控制。他们之前预测速度对不同的激光能量和材料是不同的,也就是说研究结果也适用于其他金属。

  剩下的问题之一是高激光能量使得水滴同时落在基底的临位置上。目前还不能避免这一情况。未来,工作团队将研究这种影响,从而利用清洁印刷制备金属、凝胶或极厚的液体。

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