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加州理工學(xué)院開(kāi)發(fā)新3D打印工藝可制造微型金屬部件

2022-12-06 15:00:21蓋世汽車閱讀量：671      我要評(píng)論

　　【百分零部件網(wǎng) 技術(shù)前沿】據(jù)外媒報(bào)道，加州理工學(xué)院(Caltech)的工程師開(kāi)發(fā)了一種3D打印純金屬和多組分金屬的方法。在某些情況下，其分辨率比以前使用的方法要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　這種新工藝只需稍加調(diào)整即可用于多種金屬，甚至是同一制造部件中的多種金屬，有潛力為制造微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)中的微小部件鋪平道路。作為一種精確組件，MEMS可用于車輛和太空應(yīng)用、熱交換器或生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。

　　通過(guò)3D打印過(guò)程逐層構(gòu)建物體，可以創(chuàng)建以前無(wú)法制造的結(jié)構(gòu)。以前主要采用鍛造和噴墨成型等傳統(tǒng)金屬成形方法，或蝕刻及銑削等減成法。值得一提的是，目前的3D金屬打印工藝使用激光來(lái)噴射金屬粉末，然后閃光熔化金屬，使其凝固成特定形狀。通過(guò)這種方式，制造商可以制造分辨率約為100微米(大致兩張紙的厚度)的結(jié)構(gòu)。分辨率是指該過(guò)程能夠產(chǎn)生的最小細(xì)節(jié)部分的比例。問(wèn)題在于金屬的傳熱性能非常好，特別是那些具有高導(dǎo)熱率的金屬。即使采用高度聚焦的激光，所擴(kuò)散的熱量也會(huì)融化目標(biāo)區(qū)域以外的粉末，從而降低打印分辨率。

　　現(xiàn)在，研究人員開(kāi)發(fā)了一種不同的方法，可以解決這一問(wèn)題。通過(guò)3D打印水凝膠，而不是直接打印金屬。在加州理工學(xué)院Julia R. Greer實(shí)驗(yàn)室工作的Kai Narita博士成立了一家名為3D Architech的初創(chuàng)公司，并從加州理工學(xué)院獲得了這項(xiàng)新技術(shù)的授權(quán)。研究負(fù)責(zé)人Max Saccone表示：“研究人員必須開(kāi)發(fā)一種新方法，不能依賴熱量來(lái)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)。”

　　水凝膠是由不溶于水的柔性聚合物鏈制成的材料，可用于制作軟性隱形眼鏡等產(chǎn)品。通過(guò)低功率紫外線燈發(fā)出的光，在液體聚合物中引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，可誘導(dǎo)聚合物鏈交聯(lián)使其變硬。如果以特定模式反復(fù)重復(fù)這個(gè)過(guò)程，就可以形成預(yù)期微觀形狀。

　　然后，研究人員向3D打印水凝膠支架中注入水溶金屬鹽(想想鹽水)，導(dǎo)致金屬離子滲入水凝膠，而不僅僅是覆蓋其表面。然后，在該過(guò)程中的“反應(yīng)”部分，通過(guò)熔爐燒掉結(jié)構(gòu)中的水凝膠部分，根據(jù)具體材料熔爐溫度可達(dá)到700-1100°C。因?yàn)樗薪饘俚娜埸c(diǎn)均高于水凝膠的燃燒溫度，所以金屬可以保持完整。

　　熱量不僅可以去除水凝膠，而且在水凝膠燃燒時(shí)會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)收縮，導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)變薄。通過(guò)這一過(guò)程，再加上使用純金屬，該團(tuán)隊(duì)可以3D打印金屬合金和多組分金屬系統(tǒng)，形體尺寸約為40微米，不到人類頭發(fā)寬度的一半。

　　研究人員Rebecca Gallivan表示：“該工藝可以兼容多種金屬，只需微調(diào)工藝中的反應(yīng)階段，即可為微尺度材料工程創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)。”除了開(kāi)發(fā)工藝，該團(tuán)隊(duì)還利用銅、鎳、銀和不同的金屬合金打印了3D結(jié)構(gòu)。

　　研究人員表示，這種水凝膠灌注增材制造工藝(HIAM)創(chuàng)建了一種新途徑，可以環(huán)保地、以前所未有的精度制造金屬材料。

　　原標(biāo)題：加州理工學(xué)院開(kāi)發(fā)新3D打印工藝可制造微型金屬部件

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