瑞士：激動(dòng)人心的新技術(shù)多金屬電液氧化還原3D打印

來源：增材之光

瑞士的研究人員解釋了更多關(guān)于金屬溶解和再沉積在液體溶劑中如何通過促進(jìn)制造而無需后處理來進(jìn)一步AM工藝的問題。他們的發(fā)現(xiàn)在最近出版的“亞微米級(jí)多金屬電液氧化還原3D打印”中概述了這一新方法允許用戶從具有多個(gè)通道的單個(gè)噴嘴創(chuàng)建多晶多金屬3D結(jié)構(gòu)。

作者指出，微尺度上的增材制造是非常流行的，特別是與材料相關(guān)的擴(kuò)展能力。用戶需要更多，尤其是在工業(yè)層面；但實(shí)際上，挑戰(zhàn)仍然存在：“首先，常見的多噴嘴方法對(duì)3D化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性實(shí)施了廣泛的實(shí)際限制；其次，無機(jī)材料的沉積性質(zhì)，主要是作為納米粒子油墨分配，往往遠(yuǎn)不符合微加工的要求，因此所需的印后加工使許多材料組合大大復(fù)雜化�！毖芯咳藛T表示。

無油墨電動(dòng)流體動(dòng)力學(xué)氧化還原打印（EHD-RP）通過直接打印和來自一個(gè)噴嘴的材料組合消除了金屬中的這些問題。作者說，他們的新方法提供了對(duì)打印結(jié)構(gòu)3D化學(xué)結(jié)構(gòu)的無與倫比的控制。在EHD-RP中可以使用許多不同的金屬，既可以直接打印，也可以間接打印。

圖1：電流體動(dòng)力學(xué)氧化還原打�。‥HD-RP）。工作原理：（1）通過浸沒在液體溶劑中的金屬電極M0的電腐蝕在打印噴嘴內(nèi)產(chǎn)生溶劑化金屬離子Mz +。（2）通過電流體力噴射離子負(fù)載的溶劑液滴。（3）著陸時(shí)，Mz +離子通過從基底的電子轉(zhuǎn)移被還原為零價(jià)金屬M(fèi)0。在多通道噴嘴中切換不同電極之間的氧化電壓使得能夠?qū)Υ蛴』瘜W(xué)物質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)制（原理圖未按比例繪制：電極線的典型尺寸為100μm×2cm）。b典型的雙通道噴嘴。c打印過程的光學(xué)顯微照片。比例尺：10μm。 d，e從單個(gè)雙通道噴嘴打印Cu，Ag和Cu-Ag。 d偏置Cu電極，Ag電極或浸入乙腈（ACN）中的兩個(gè)電極時(shí)噴射離子的質(zhì)譜。e打印的Cu，Ag和Cu-Ag柱具有相應(yīng)的能量色散X射線（EDX）光譜，反映了相應(yīng)源電極的化學(xué)性質(zhì)（減去背景）。C-K和O-K峰可能分別源自殘留溶劑和輕微氧化。Cu-Ag柱的Cu和Ag含量在at%中給出，標(biāo)準(zhǔn)化為總的Cu+Ag信號(hào)。比例尺：500nm。

作者提到，盡管在切換過程中橫向偏差非常小，但兩種金屬之間存在一些輕微偏移的跡象。作者指出，這通常是由于噴嘴的不對(duì)稱造成的。幾何和保真度的復(fù)雜性并不有作者所希望的那么高，但他們表示這是基于EHD的微縮打印技術(shù)中的常見問題。

圖2：幾何性能和打印微結(jié)構(gòu)。50×50銅柱陣列，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間距為500 nm。比例尺：5μm。 b墻，以逐漸減小的墻到墻間距打印，最小間距為250nm。高度：最左邊的圖像為10層，其他為3層。比例尺：1μm。c打印的Cu線寬度小于100nm。d縱橫比約為400的銅線.e通過平臺(tái)的橫向平移形成的懸垂，平衡了平面外的生長速率。通過朝向前柱增加相應(yīng)的面內(nèi)平移速度來打印柱的順序，最大速度為2.1μms-1。比例尺：1μm。f采用逐層策略打印的同心，平面外正弦波。比例尺：2μm。g打印的Cu柱和相應(yīng)的橫截面，顯示致密的多晶微結(jié)構(gòu)。比例尺：200nm

該工藝還改善了機(jī)械和電氣性能，從而可用于制造傳感器或致動(dòng)器、光學(xué)超材料和小規(guī)模引線鍵合的應(yīng)用。在這項(xiàng)研究中，研究人員只使用了三種金屬，但使用帶有額外通道的噴嘴可以增加這一數(shù)量。

“因此，EHD-RP具有開啟獨(dú)特路線的潛力，可自下而上制造具有局部調(diào)諧特性和合理使用合金元素的化學(xué)設(shè)計(jì)3D器件和材料。這些材料可用于催化、活性化學(xué)裝置、小型機(jī)器人和超出單一材料細(xì)胞設(shè)計(jì)的建筑材料。”研究人員總結(jié)說。

雖然你可能會(huì)看一個(gè)像電流體動(dòng)力學(xué)氧化還原3D打印這樣的術(shù)語，并認(rèn)為現(xiàn)在真的已經(jīng)出現(xiàn)了，但這個(gè)過程背后的想法非常簡(jiǎn)單，但有兩個(gè)方面：進(jìn)一步完善3D打印和增材制造，并削減可怕的后期處理流程仍然很普遍。研究人員一直致力于解決這個(gè)問題，從創(chuàng)建后處理硬件到消除彩色3D打印再到為牙科打印機(jī)提供自動(dòng)化的后處理。

圖3：使用單個(gè)噴嘴對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行增材控制。a，b從雙通道噴嘴打印的兩種金屬之間快速切換。a在以不同間隔切換銅（Cu）和銀（Ag）電極之間的陽極電壓時(shí)噴射的Cu +（紅色）和Ag +（藍(lán)色）陽離子的總質(zhì)譜（MS）離子電流。在兩個(gè)噴射的離子物質(zhì)之間切換是高度選擇性的。b使用與a中相同的開關(guān)輪廓（Cu-L信號(hào)紅色，Ag-L信號(hào)藍(lán)色）打印的覆蓋SE顯微照片和EDX元素的軌跡圖。相應(yīng)的EDX線輪廓顯示銅（Cu）和銀（Ag）之間的切換被解析到最小脈沖寬度。比例尺：2μm。 c，d使用單個(gè)噴嘴打印的化學(xué)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)例。c柱序列具有不同數(shù)量的銅（Cu）和銀（Ag）調(diào)制周期。比例尺：1μm。d平面外銅（Cu）壁，字母'Ag'嵌入銀中，以連續(xù)的逐層打印模式打印。