液態(tài)金屬3D打印成型可重構天線

來源： 電子工程3D打印

液態(tài)金屬是一類具有不定型態(tài)、可流動液體形態(tài)的金屬材料�！肮�”可能是大家最先想到的液態(tài)金屬材料，事實上目前液態(tài)金屬還包含了“鎵”、“銦”以及其相關的合金材料。目前國內在液態(tài)金屬領域的研究是以中科院、清華大學劉靜老師團隊為代表，其已采用噴墨、直寫等多種工藝針對液態(tài)金屬的特性及特定領域的應用進行了相關研究。由該領域衍生出液態(tài)金屬相關的技術型企，如北京夢之墨公司、云南中宜液態(tài)金屬等，已經在相關領域得到應用。

最近韓國研究人員利用液態(tài)金屬3D打印技術成型了可重構天線。這無疑在3D金屬打印領域之外開拓了一種新技術，應用液態(tài)金屬3D打印可以成型可延展的多樣集成化結構。未來的應用領域包括：可延展電子、穿戴電子、軟體制動器、機器人等領域。

液態(tài)金屬成型的微觀結構

在之前，柔性器件是需要能夠讓消費者體驗到舒適感或者是一個易于操控的功能體，但是尋找合適用于這類柔性器件的材料遇到了很多挑戰(zhàn)。作者指出了盡管已經發(fā)展出了像波紋狀、金屬網(wǎng)格及各種復合材料，但導體材料的脆性仍然是一個經常遇到的問題。當我們懷抱希望時，但是這些材料不適合于3D打印成型，且成型精度也是個問題。

  當以用納米金屬顆粒絲材為基礎的直寫技術已經展示高精度打印的可行性時，他們需要額外的熱處理或固化處理來形成導體通路。但這熱處理的這個過程有可能會引起軟體、組織狀的基材受損。此外，這些打印后經過熱處理后的金屬圖形都會相對是剛性、較硬的，因此重復變形將會造成導體開裂或者電路失效。”下面圖片展示了利用3D打印成型空間微細結構的過程，是不是有點像微組裝的金絲鍵合工藝（見下圖），實際上他是利用液體金屬擠出后會在其表面形成一層薄薄的硬質氧化層因而可以支撐起一定高度牽引，但其并不會影響電性能。

IC金絲鍵合工藝

研究人員討論了液態(tài)金屬，像共晶類的鎵銦合金（GaIn）和鎵銦細錫合金 (Galinstan)，都是可延展的材料，這些材料都展現(xiàn)出了低毒性和不易揮發(fā)的特點。對比固體金屬材料，它們同樣展示出優(yōu)越的導電性能。當微流體及印刷電子可以采用液態(tài)金屬成型電子圖形時，但是這些結構都被局限在2D的范疇內。文章作者在常溫環(huán)境下應用精細的噴孔成型了液態(tài)金屬的高精度結構體。由于擠出成型的金屬細絲使得無支撐體結構可以用液態(tài)金屬打印成為可能。事實上，甚至這些細絲可以隨著噴孔抬起、移動。

3D打印成型的高精度天線體主要是用來實驗研究的試樣，用一個安裝在針筒上的精細噴嘴和一個放置在五軸平臺的基板上來實現(xiàn)的。團隊也用同樣的工藝實現(xiàn)了無支撐的電極結構體、極小尺寸的三維互聯(lián)，這些目標都是為了推動微型設備高度集成化。

“我們相信這種高精度3D可重構的方法為增材制造提供了一個非常有預期的策略，這項工藝可以與傳統(tǒng)的生產制造技術結合應用于高度集成化及可延展器件上，為下一代的電子技術發(fā)展帶來了很大空間的預期”—文章作者

小編認為這項研究對于未來液態(tài)金屬在柔性體結構電路一體化應用上奠定了基礎，幻想一下未來的軟體機器人中的信號傳輸線路假如都可以用液態(tài)金屬來實現(xiàn)的話，其除了能傳導信號其具有的延展性，支持關節(jié)類結構體運動，那機器人又要進化了