蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和南洋理工大學(xué) (NTU) 的研究人員開發(fā)了一種新的 3D 打印技術(shù)，能夠生產(chǎn)納米級金屬部件?；陔娀瘜W(xué)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(fā)的平均厚度約為 75 微米時的 3000 倍。據(jù) Dmitry Momotenko 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組稱，新的 3D 打印技術(shù)在微電子、傳感器技術(shù)和電池技術(shù)方面具有潛在應(yīng)用。

新的 3D 納米打印技術(shù)的工作原理是將金屬離子沉積到帶負(fù)電的基板上，以產(chǎn)生微小的金屬物體。圖片來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院。

使電鍍適應(yīng)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(yè)中使用的一種眾所周知的金屬涂層技術(shù)。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(fù)電的電極添加到該液體溶液中，使離子與電極中的電子結(jié)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(xué)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(fù)電荷的打印表面上。在這種情況下，該團(tuán)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(xué)打印參數(shù)相結(jié)合，使團(tuán)隊能夠密切控制打印結(jié)構(gòu)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(tǒng)的粉末基金屬 3D 打印機(jī)通常只能達(dá)到微米級分辨率，這仍然是目前研究中的分辨率的數(shù)千倍?！拔覀冋谘芯康募夹g(shù)結(jié)合了兩個領(lǐng)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(lián)邦理工學(xué)院。

金屬納米3D打印的應(yīng)用

有趣的是，Momotenko 的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)、傾斜甚至螺旋。這種強(qiáng)大的方法適用于一系列新穎的應(yīng)用，例如更高效的儲能設(shè)備、微電子，甚至用于化學(xué)生產(chǎn)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(shù)應(yīng)用于 3D 打印更緊湊的鋰離子電池。這些設(shè)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(jié)構(gòu)的 SEM 成像。圖片來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院。

研究領(lǐng)域通常擁有一些最具創(chuàng)新性的 3D 打印技術(shù)。早在 10 月份，拉夫堡大學(xué)的研究人員就開發(fā)出一種新穎的混合 3D 打印技術(shù)，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(xiàn)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(tǒng)的基于擠出的 3D 打印與化學(xué)處理相結(jié)合。

在其他地方，在弗勞恩霍夫 IWS，科學(xué)家們透露了一種 3D 打印系統(tǒng)的測試，該系統(tǒng)的速度可能比當(dāng)前基于鏡面的激光制造技術(shù)“快一千倍”。該研究所的設(shè)置圍繞著一個高功率 13 KW 的“動態(tài)光束激光器”，據(jù)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。

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