3D-tiskanje Kovinskih Struktur V Mikrometrskem Območju

2023 Avtor: Hannah Pearcy | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-11-26 11:47

Znanstveniki ETH iz Züricha pod vodstvom Ralpha Spolenaka, profesorja laboratorija za Nanometallurgijo na Oddelku za materializem, so zdaj razvili postopek skupaj z Dimosom Poulikakosom z oddelka za strojništvo in procesno tehniko ter Renato Zenobi z oddelka za kemijo in uporabne bioznanosti, s katerim se lahko hkrati razvijeta tudi dve kovini tisk s prostorsko ločljivostjo 250 nanometrov.

Konvencionalni postopki za 3D-tiskanje kovin v tem območju velikosti temeljijo na črnilu, kar pomeni, da se želena kovina nanese na površino kot nanodelci v suspenziji skozi tlačno šobo. Pozitiven vid črnila je, da jih je mogoče izdelati iz različnih materialov, vendar obstajajo velike pomanjkljivosti. "Takšni procesi zahtevajo naknadno obdelavo s segrevanjem rezultata tiskanja, kar vodi v krčenje in izrazito poroznost materiala," razlaga Alain Reiser, doktorski študent v Spolenakovi delovni skupini in prvi avtor študije, ki je zdaj objavljena v Nature Communications. "To običajno pomeni, da so kovinske strukture manj prevodne, mehansko manj stabilne in poleg tega pogosto onesnažene z organskimi spojinami topila."

Galerija slik

Galerija slik s 5 slikami

Desetkrat hitreje kot prejšnji postopki elektrokemičnega tiskanja

Znanstveniki ETH so za rešitev te težave izbrali direktno pot: Kovina se ne odlaga več kot nanodelci, ampak se prevaža v obliki električno nabitih kovinskih ionov. Te dobimo v tlačni šobi z električno napetostjo od „žrtvene anode“, ki je sestavljena iz ustrezne kovine. Nato se ioni z električnimi silami v topilu razpršijo na tiskano površino, kjer izgubijo naboj in se znovijo, da tvorijo kovino.

Kovine, natisnjene na ta način, so goste in imajo električne in mehanske lastnosti, podobne tistim v tradicionalno proizvedenih tankih folijah. Nov postopek tiskanja ponuja ločljivost 250 nanometrov s hitrostjo tiskanja deset vokslov na sekundo (voxel je element glasnosti, podoben sliki pikslov pri 2D tiskanju). Zaradi tega je postopek desetkrat hitrejši od prejšnjih postopkov elektrokemičnega tiskanja.

NASVET KNJIGE Knjiga "Aditivna proizvodnja" opisuje osnove in prakse usmerjene metode za uporabo aditivne proizvodnje v industriji. Knjiga je namenjena oblikovalcem in razvijalcem, da podprejo uspešno izvajanje aditivnih procesov v njihovih podjetjih.

Natisnite dve kovini hkrati

Reiser poudarja, da ima nov "elektrohidrodinamični postopek redoks tiskanja" še eno odločilno prednost: "S tiskanjem neposredno s kovinskimi ioni, brez uporabe črnila, lahko dva kovin natisnemo hkrati ali izmenično. To nam omogoča izdelavo kovinskih konstrukcij z lokalno nadzorovanimi kemijskimi, električnimi ali mehanskimi lastnostmi. "Da bi to dosegli, raziskovalci uporabljajo dvojno tlačno šobo, v kateri sta dve različni žrtveni anodi. Katero kovino je treba natisniti, kdaj, kje in v kakšni koncentraciji je mogoče enostavno nadzorovati uporabljene napetosti.

250 nanometrskih širokih stebrov iz bakra in srebra

Enojna tlačna šoba omogoča tudi natančnejše določanje obeh kovin. Med dvema kovinama lahko preklapljate do desetkrat na sekundo. Tako so na primer Spolenak in njegova ekipa uspeli natisniti stolpce, široke le 250 nanometrov, ki so izmenično vsebovali odseke bakra in srebra. S prilagoditvijo zlitine obeh kovin so lahko natančno nadzirali lokalno poroznost in s tem togost in trdnost nanoločkov.

stroški

Kdaj je vredno uporabiti 3D tiskanje?

V prihodnosti izdelajte foto senzorje

Možne uporabe nove tehnologije so različne. Znanstveniki ETH trenutno sodelujejo s strokovnjaki za tiskano elektroniko za izdelavo najboljših povezovalnih žic z organskimi polprevodniki, ki uporabljajo 3D tiskanje. V prihodnosti želijo razširiti tudi vrsto uporabljenih kovin (baker, srebro in zlato so bili doslej preizkušeni), na primer z magnetnimi materiali. Kot dolgoročen cilj naj bi bila po besedah Alaina Reiserja izdelava fotosenzorjev, tiskanih integriranih vezij in mehanskih metamaterialov.

simulacija

Simulacija poveča zanesljivost postopka pri 3D-tiskanju kovin

Kovinski 3D tisk