Ученые ETH в Цюрихе во главе с Ральфом Споленаком, профессором лаборатории нанометаллургии на факультете материаловедения, в настоящее время совместно с Димосом Пуликакосом из факультета механики и технологического машиностроения и Ренато Зеноби из департамента химии и прикладной бионауки разработали процесс, благодаря которому даже два металла могут развиваться одновременно. печать с пространственным разрешением 250 нм.
Обычные процессы для металлической 3D-печати в этом диапазоне размеров основаны на чернилах, что означает, что требуемый металл наносится на поверхность в виде наночастицы в суспензии через сопло под давлением. Положительным аспектом чернил является то, что они могут быть изготовлены из различных материалов, но есть серьезные недостатки. «Такие процессы требуют последующей обработки путем нагревания результата печати, что приводит к усадке и выраженной пористости материала», - объясняет Ален Рейзер, аспирант рабочей группы Споленака и первый автор исследования, опубликованного сейчас в Nature Communications. «Обычно это означает, что металлические конструкции менее проводящие, механически менее стабильные и, кроме того, часто загрязнены органическими соединениями растворителя».
Картинная галерея
Картинная галерея с 5 картинками
Десять раз быстрее, чем предыдущие процессы электрохимической печати
Чтобы решить эту проблему, ученые ETH выбрали прямой путь: металл больше не осаждается в виде наночастиц, а транспортируется в форме электрически заряженных ионов металла. Они получены в сопле давления путем подачи электрического напряжения от «жертвенного анода», который состоит из соответствующего металла. Затем ионы распыляются в растворителе электрическими силами на поверхность для печати, где они теряют свой заряд и снова собираются, образуя металл.
Металлы, напечатанные таким способом, являются плотными и имеют электрические и механические свойства, которые аналогичны свойствам традиционно производимых тонких пленок. Новый процесс печати обеспечивает разрешение 250 нанометров при скорости печати 10 вокселей в секунду (воксел - это элемент объема, аналогичный пикселю в 2D-печати). Это делает процесс в десять раз быстрее, чем предыдущие процессы электрохимической печати.
КНИГА СОВЕТА В книге «Аддитивное производство» описаны основы и практические методы использования аддитивного производства в промышленности. Книга предназначена для дизайнеров и разработчиков, чтобы поддержать успешное внедрение аддитивных процессов в своих компаниях.
Печать двух металлов одновременно
У нового «электрогидродинамического окислительно-восстановительного процесса печати» есть еще одно решающее преимущество, подчеркивает Рейзер: «Печатая напрямую ионами металлов, не используя чернил, мы можем даже напечатать два металла одновременно или попеременно. Это позволяет нам производить металлические конструкции с локально контролируемыми химическими, электрическими или механическими свойствами ». Для достижения этого исследователи используют насадку двойного давления, в которой расположены два разных жертвенных анода. Какой металл должен быть напечатан, когда, где и в какой концентрации теперь можно легко контролировать приложенные напряжения.
Колонки шириной 250 нанометров из меди и серебра
Сопло с одним давлением также облегчает точное позиционирование обоих металлов. Вы можете переключаться между двумя металлами до десяти раз в секунду. Таким образом, например, Споленаку и его команде удалось напечатать столбцы шириной всего 250 нанометров, которые попеременно содержали участки меди и серебра. Регулируя сплав двух металлов, они смогли точно контролировать локальную пористость и, следовательно, жесткость и прочность наностолбцов.
расходы
Когда стоит использовать 3D-печать?
Производство фотодатчиков в будущем
Возможное использование новой технологии разнообразно. Ученые ETH в настоящее время работают с экспертами в области печатной электроники, чтобы производить лучшие соединения проводов с органическими полупроводниками с помощью 3D-печати. В будущем они также хотят расширить ассортимент используемых металлов (медь, серебро и золото уже были испытаны), например, с помощью магнитных материалов. По словам Алена Рейзера, в качестве долгосрочной цели должно быть возможно производство фотодатчиков, печатных интегральных схем и механических метаматериалов.