CNC3D-printer.com

CNC3D-printer.com


Статьи 3Dprinter Поиск Магазин Регистрация


В Caltech разрабатывают новую технологию наноразмерной 3D-печати сложных металлических структур




Наноразмерная 3D-печать – это мелкоразмерная техника, которую многие исследователи продолжают развивать, а наноразмерная 3D-печать металлами является одной из основных задач. Но исследователи Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали технологию, которая позволяет создавать 3D-печатные сложные наноразмерные металлические структуры.

В Caltech разрабатывают новую технологию наноразмерной 3D-печати сложных металлических структур

Ученый Джулия Грир, которая руководит группой Greer Group, является профессором материаловедения, механики и медицинской техники в отделе инженерии и прикладных наук Caltech, уже давно является пионером в области 3D-печати чрезвычайно малых архитектур. Ее группа печатает трехмерные решетчатые структуры, с толщиной элементов, измеряемых в нанометрах, используя всевозможные материалы, такие как органические соединения и керамику.

Двухфотонная литография – это технология 3D-печати, которая может создавать наноразмерные объекты размером менее одной сотой ширины человеческого волоса. Наномасштабная 3D-печать включает в себя процесс при котором высокоточный лазер воздействует на жидкость в определенных местах материала с двумя фотонами. После чего происходит затвердевание жидких полимеров в твердые частицы. При этом металлы оказались сложными при создании структур, которые составляют половину ширины человеческого волоса.

«Металлы не реагируют на свет так же, как полимерные смолы, которые мы используем для изготовления структур на наноуровне. После воздействия света с полимером происходит химическая реакция, при которой полимер затвердевает, а затем происходит формирование определенной формы. В металле этот процесс принципиально невозможен», – пояснила Грир.

Но Андрей Вятских, один из аспирантов Грир, разработал смолу с использованием органических лигандов (молекул, которые связываются с металлом). Смола в основном состоит из полимера, но содержащего в себе 3D-печатный металл. Синтезируя эти органические решетки, которые содержали ионы металла, он смог распечатать металлические структуры, которые оказались намного меньше, чем это было возможно раньше.

В Caltech разрабатывают новую технологию наноразмерной 3D-печати сложных металлических структур

Исследовательская группа описала новую технологию в работе под названием «Аддитивное производство 3D наноструктурированных металлов» (Additive Manufacturing of 3D Nano-Architected Metals), которое было опубликовано только в журнале Nature Communications; соавторами доклада являются Андрей Вятский, Стефан Делаланде из Центра техники де Велизы во Франции, постдоктор Акира Кудо из Калифорнийский технологического института, Сюань Чжан из Университета Цинхуа в Китае, аспирант машиностроения Карлос Портела и Грир.

В эксперименте, подробно описанном в статье, Вятских создал жидкость, которая сильно напоминает сироп от кашля путем соединения никеля и органических молекул. Затем команда распечатала 3D-структуру с использованием двухфотонного литографического процесса: лазер может создавать более сильные химические связи между молекулами, что позволяет им затвердевать в строительные блоки. Никель включен в структуру, так как молекулы связаны с атомами никеля.

Структура была помещена в печь, которая медленно нагревалась до 1000°C в вакуумной камере, что намного ниже точки плавления никеля, но достаточна, чтобы испарить органические материалы, оставляя только металлические части структуры. Частицы металла также сливались вместе, и, хотя процесс нагрева, называемым пиролизом, испарял большое количество материала в структуре, его размеры сократились на 80%. Но его пропорции и трехмерная печатная форма остались.

Полученная структура, имела некоторые незначительные примеси и некоторые пустоты, оставшиеся от испаренных органических материалов, поэтому, очевидно, технология все еще нуждается в небольшой доработке. Кроме того, Грир сказала, что она и Вятских исследуют, могут ли они использовать эту технологию для 3D-печати другими материалами, такими как полупроводники, керамика и пьезоэлектрические материалы, и даже материалы, которые часто используются в промышленности, но их трудно использовать при печати небольших 3D-форм, таких как титан и вольфрам.


Вы можете стать первым