據(jù)外媒報道,加州理工學院(Caltech)的工程師開發(fā)了一種3D打印純金屬和多組分金屬的方法。在某些情況下,其分辨率比以前使用的方法要小一個數(shù)量級。
這種新工藝只需稍加調(diào)整即可用于多種金屬,甚至是同一制造部件中的多種金屬,有潛力為制造微電子機械系統(tǒng)(MEMS)中的微小部件鋪平道路。作為一種*組件,MEMS可用于車輛和太空應用、熱交換器或生物醫(yī)學設備。
通過3D打印過程逐層構建物體,可以創(chuàng)建以前無法制造的結構。以前主要采用鍛造和噴墨成型等傳統(tǒng)金屬成形方法,或蝕刻及銑削等減成法。值得一提的是,目前的3D金屬打印工藝使用激光來噴射金屬粉末,然后閃光熔化金屬,使其凝固成特定形狀。通過這種方式,制造商可以制造分辨率約為100微米(大致兩張紙的厚度)的結構。分辨率是指該過程能夠產(chǎn)生的*小細節(jié)部分的比例。問題在于金屬的傳熱性能非常好,特別是那些具有高導熱率的金屬。即使采用高度聚焦的激光,所擴散的熱量也會融化目標區(qū)域以外的粉末,從而降低打印分辨率。
現(xiàn)在,研究人員開發(fā)了一種不同的方法,可以解決這一問題。通過3D打印水凝膠,而不是直接打印金屬。在加州理工學院Julia R. Greer實驗室工作的Kai Narita博士成立了一家名為3D Architech的初創(chuàng)公司,并從加州理工學院獲得了這項新技術的授權。研究負責人Max Saccone表示:“研究人員必須開發(fā)一種新方法,不能依賴熱量來創(chuàng)建結構!
水凝膠是由不溶于水的柔性聚合物鏈制成的材料,可用于制作軟性隱形眼鏡等產(chǎn)品。通過低功率紫外線燈發(fā)出的光,在液體聚合物中引發(fā)化學反應,可誘導聚合物鏈交聯(lián)使其變硬。如果以特定模式反復重復這個過程,就可以形成預期微觀形狀。
然后,研究人員向3D打印水凝膠支架中注入水溶金屬鹽(想想鹽水),導致金屬離子滲入水凝膠,而不僅僅是覆蓋其表面。然后,在該過程中的“反應”部分,通過熔爐燒掉結構中的水凝膠部分,根據(jù)具體材料熔爐溫度可達到700-1100°C。因為所有金屬的熔點均高于水凝膠的燃燒溫度,所以金屬可以保持完整。
熱量不僅可以去除水凝膠,而且在水凝膠燃燒時會使整個結構收縮,導致金屬結構變薄。通過這一過程,再加上使用純金屬,該團隊可以3D打印金屬合金和多組分金屬系統(tǒng),形體尺寸約為40微米,不到人類頭發(fā)寬度的一半。
研究人員Rebecca Gallivan表示:“該工藝可以兼容多種金屬,只需微調(diào)工藝中的反應階段,即可為微尺度材料工程創(chuàng)造新的機會!背碎_發(fā)工藝,該團隊還利用銅、鎳、銀和不同的金屬合金打印了3D結構。
研究人員表示,這種水凝膠灌注增材制造工藝(HIAM)創(chuàng)建了一種新途徑,可以環(huán)保地、以*的精度制造金屬材料。