瑞士：激動人心的新技術(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制造而無需后處理來進一步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通道的單個噴嘴創(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)的擴展能力。用戶需要更多，尤其是在工業(yè)層面；但實際上，挑戰(zhàn)仍然存在：“首先，常見的多噴嘴方法對3D化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性實施了廣泛的實際限制；其次，無機材料的沉積性質(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。”研究人員表示。

無油墨電動流體動力學(xué)氧化還原打�。‥HD-RP）通過直接打印和來自一個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，Mz +離子通過從基底的電子轉(zhuǎn)移被還原為零價金屬M0。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)進行動態(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）中的兩個電極時噴射離子的質(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。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，點對點間距為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

該工藝還改善了機械和電氣性能，從而可用于制造傳感器或致動器、光學(xué)超材料和小規(guī)模引線鍵合的應(yīng)用。在這項研究中，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、小型機器人和超出單一材料細(xì)胞設(shè)計的建筑材料�！毖芯咳藛T總結(jié)說。

雖然你可能會看一個像電流體動力學(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，但這個過程背后的想法非常簡單，但有兩個方面：進一步完善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提供自動化的后處理。

圖3：使用單個噴嘴對化學(xué)結(jié)構(gòu)進行增材控制。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信號紅色，Ag-L信號藍(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使用單個噴嘴打印的化學(xué)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的實例。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。