研究人員使用新的3D打印技術實現納米級金屬零件制造

魔猴君  行業資訊   1249天前

蘇黎世聯邦理工學院和南洋理工大學 (NTU) 的研究人員開發了一種新的 3D 打印技術，能夠生產納米級金屬部件。基于電化學方法，該工藝可用于制造直徑小至 25 納米的銅物體。作為參考，人類頭發的平均厚度約為 75 微米時的 3000 倍。據 Dmitry Momotenko 博士領導的研究小組稱，新的 3D 打印技術在微電子、傳感器技術和電池技術方面具有潛在應用。

新的 3D 納米打印技術的工作原理是將金屬離子沉積到帶負電的基板上，以產生微小的金屬物體。圖片來自蘇黎世聯邦理工學院。

使電鍍適應增材制造

ETH/NTU 納米打印方法實際上基于電鍍工藝，這是制造業中使用的一種眾所周知的金屬涂層技術。為了電鍍零件，制造商將帶正電的金屬離子懸浮在鹽溶液中。然后將帶負電的電極添加到該液體溶液中，使離子與電極中的電子結合并形成中性金屬原子。原子作為涂層沉積在電極上，并在表面上緩慢形成固體層。Momotenko 補充說：“在這個過程中，固體金屬是由液體鹽溶液制成的——我們電化學家可以非常有效地控制這個過程。”

納米打印過程在完全相同的前提下運行，即使用微型移液器將帶正電荷的銅離子沉積到帶負電荷的打印表面上。在這種情況下，該團隊使用了僅 1.6 納米寬的噴嘴尖端，這意味著一次只能通過兩個銅離子。這與幾個電化學打印參數相結合，使團隊能夠密切控制打印結構的直徑。該論文報告說，最小的打印物體只有 25 納米寬（195 個銅原子）。另一方面，傳統的粉末基金屬 3D 打印機通常只能達到微米級分辨率，這仍然是目前研究中的分辨率的數千倍。“我們正在研究的技術結合了兩個領域——金屬打印和納米級精度，”Momotenko 解釋道。

該方法可用于垂直、水平和傾斜打印。圖片來自蘇黎世聯邦理工學院。

金屬納米3D打印的應用

有趣的是，Momotenko 的團隊發現他們的 3D 打印過程能夠制造各種各樣的物體類型，包括垂直結構、水平結構、傾斜甚至螺旋。這種強大的方法適用于一系列新穎的應用，例如更高效的儲能設備、微電子，甚至用于化學生產目的的 3D 打印催化劑。就未來的工作而言，研究人員目前正致力于將該技術應用于 3D 打印更緊湊的鋰離子電池。這些設計的特點是增加了電極的表面積，縮短了電極之間的距離，所有這些都是為了加快充電過程。

3D 打印銅納米結構的 SEM 成像。圖片來自蘇黎世聯邦理工學院。

研究領域通常擁有一些最具創新性的 3D 打印技術。早在 10 月份，拉夫堡大學的研究人員就開發出一種新穎的混合 3D 打印技術，使他們能夠隨著時間的推移改變打印部件的屬性，從而實現新的 4D 打印形式。該方法名為材料處理擠出增材制造 (MaTrEx-AM)，將傳統的基于擠出的 3D 打印與化學處理相結合。

在其他地方，在弗勞恩霍夫 IWS，科學家們透露了一種 3D 打印系統的測試，該系統的速度可能比當前基于鏡面的激光制造技術“快一千倍”。該研究所的設置圍繞著一個高功率 13 KW 的“動態光束激光器”，據說能夠快速生成不同的能量分布模式，并精確打印最苛刻的材料。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/41421.html