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加州理工的纳米级金属3D打印工艺可以生产微小的电路和飞机零件
2018-02-14浏览量:197评论数:
来自加州理工学院(加州理工学院)的研究人员已经开发出一种新的纳米金属结构3D打印工艺,该过程可用于制造微型逻辑电路、轻型飞机部件等。


主要作者Andrey Vyatskikh将纳米级3D金属结构放置在硅基底上

这看起来可能令人惊讶,但飞机和汽车零部件等大型3D打印应用的一些最大进步实际上是在微小的规模上进行的,这是因为小尺寸的3D打印复杂结构可能导致整个结构中的部件更加牢固。

加州理工学院的一项研究已经产生了一种用于制造复杂的纳米级金属结构的新型3D打印工艺。这个过程允许研究人员合成含有金属离子的有机支架,让他们打印出比以前小得多的数量级的金属结构。

尽管其最终用途是用于飞机和计算机等人造系统,但新型纳米级3D打印工艺使用有机配体 - 与金属结合的分子 - 来制造聚合物基树脂,这种树脂可以作为一种金属支架。

在这项研究中,加州理工学院的团队将这些有机分子与镍结合在一起,形成一种糖浆状液体,然后可以用双光子激光击打,在有机分子之间产生更强的化学键。与其他基于激光的增材制造方法一样,该激光切换台可用于创建3D零件。


3D打印镍晶格,150纳米层


当键变强时,结构变硬,并且镍原子本身与有机分子键合 - 变为结合到结构中。接下来,将整个3D打印结构在真空室中在高达1000摄氏度(1800华氏度)的烤箱中加热。这使有机材料蒸发,但使镍保持完整,同时也将金属颗粒熔合在一起。

这产生了一个奇怪的效果。由于大量材料已经蒸发,结构比加热前减少了大约80%。但是,它保持了以前的形状和比例。“最后的收缩是我们为什么能够让结构变得如此之小的一个重要组成部分,”该研究的第一作者Andrey Vyatskikh解释说。 “在我们为纸张建造的结构中,打印部件中金属梁的直径大约是缝纫针尖端尺寸的1/1000。”

研究人员说,这种不寻常的方法可用于制造微小的医疗植入物,计算机芯片上的3D逻辑电路,甚至是令人难以置信的轻型飞机部件。加州理工学院团队现在计划改进和扩大3D打印过程,同时尝试加入除镍之外的其他金属。

该研究“3D纳米结构金属的附加制造”已在Nature Communications发表。这项工作由加州理工学院工程与应用科学部材料科学、力学和医学工程学教授Julia Greer主持。

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