中科院理化所液態(tài)金屬懸浮3D打印技術(shù)解析

二十世紀(jì)80年代，使用打孔紙、運(yùn)行時(shí)發(fā)生嘈雜聲響的點(diǎn)矩陣打印機(jī)是主流設(shè)備，而短短三十年后的今天，竟然會(huì)讓位給“無(wú)所不能”的 3D 打印機(jī)。從武器裝備到人體器官，從汽車零件到高樓大廈，現(xiàn)在的 3D 打印機(jī)可以制造出的東西超乎想象，各類高精尖領(lǐng)域都在研究 3D 打印技術(shù)的應(yīng)用， 3D 打印技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新發(fā)展。

近期，中科院理化所低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室首次提出“液態(tài)金屬懸浮 3D 打印”的概念和方法，可在室溫下快速制造具有任意復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的三維柔性金屬可變形體并用于組裝立體可拉伸電子器件。

液態(tài)金屬懸浮 3D 打印技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，以鎵銦液態(tài)金屬合金等材料為打印墨水，采用可在流體與固體狀態(tài)間自由轉(zhuǎn)換的自恢復(fù)水凝膠作為支撐材料，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，使打印噴頭可以在凝膠支撐環(huán)境中按照事先設(shè)定好的成形路徑自由往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并連續(xù)擠出室溫液態(tài)金屬，借助凝膠材料用來(lái)支撐并固定擠出液態(tài)金屬的形狀，通過(guò)逐層堆積成形具有復(fù)雜形狀的宏觀三維結(jié)構(gòu)。

液態(tài)金屬懸浮 3D 打印原理示意

打印過(guò)程中，凝膠材料受到噴頭的擠壓而發(fā)生局部液化，這使得噴頭可以輕易插入凝膠內(nèi)部并在其內(nèi)部自如運(yùn)動(dòng)；當(dāng)噴頭經(jīng)過(guò)后，發(fā)生液化的凝膠會(huì)迅速固化并恢復(fù)到穩(wěn)定形態(tài)。室溫液態(tài)金屬通過(guò)打印噴頭被連續(xù)擠出。較高的表面張力使得擠出的液態(tài)金屬以球狀液滴的形態(tài)懸掛在噴頭頂端，隨著噴頭與凝膠之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，擠出的金屬液滴發(fā)生頸縮并最終與噴頭斷開(kāi)，被支撐凝膠包裹、固定，在打印噴頭經(jīng)過(guò)的路徑上留下一系列獨(dú)立的液態(tài)金屬微球。在凝膠支撐環(huán)境中通過(guò)室溫液態(tài)金屬微球的逐層堆積，最終成形多維度宏觀三維結(jié)構(gòu)。

液態(tài)金屬懸浮3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在哪里？
液態(tài)金屬懸浮 3D 打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)剛體結(jié)構(gòu)成形模式與 3D 打印范疇，優(yōu)勢(shì)在于：可成形任意復(fù)雜形狀三維結(jié)構(gòu)；集打印封裝于一體；室溫制造金屬構(gòu)件；可實(shí)現(xiàn)立體柔性電路打�。怀尚沃芷诙�；零技能制造。此項(xiàng)研究在不定形柔性電子器件、智能系統(tǒng)快速制造乃至可變形 4D 打印等方面具有重要價(jià)值。

可以打印些什么？
懸浮 3D 打印技術(shù)可以將任何室溫液體材料打印成形具有任意復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的柔性可變形立體形狀，且實(shí)現(xiàn)的是功能電子器件制造。

基于液態(tài)金屬懸浮 3D 打印原理制成的圓明園十二生肖獸首

基于液態(tài)金屬懸浮 3D 打印原理制成的心形立體發(fā)光電路

未來(lái)，可以將液態(tài)金屬懸浮 3D 打印工藝應(yīng)用于液滴制備、柔性立體電路實(shí)現(xiàn)、電子邏輯單元構(gòu)筑、軟體機(jī)器人組裝、材料封裝以及生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所

這不是和國(guó)外打印柔性塑料袋的那個(gè)差不多嗎