Калифорнийские ученые разрабатывают методику наноразмерной 3D-печати металлами

Подписаться на 3Dtoday
news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
13.02.18
978
6
Новости
3
Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) продемонстрировали результаты наноразмерной 3D-печати металлами с использованием технологии двухфотонной литографии. Одна из хитростей заключается в целенаправленном использовании усадки. Рассказываем, как это работает.
PREVIEW
Усадка – это не обязательно что-то плохое, если научиться ею управлять. Группа ученых Калифорнийского технологического института совершенствует методику аддитивного производства металлических конструкций, измеряемых нанометрами, используя специальные фотополимерные смеси и технологию двухфотонной литографии с расчетом на усадку после 3D-печати.
cbe9209ba677db04d9d0a11354b78e0f.png
Двухфотонная литография используется в печати миниатюрных объектов, однако в качестве расходных материалов используются фотополимеры. А как быть, если очень хочется печатать металлами? В этом случае можно пойти по пути стереолитографии и использовать специальные смеси, содержащие металлы. Коллоидные растворы – взвеси неорганических частиц в фотополимерной среде – уже применяются в SLA 3D-принтерах, хотя в основном для производства керамических деталей. Здесь же упор делается на использование металлосодержащего фоторезиста из акрилата никеля, акриловой смолы и фотоинициатора. Процесс состоит из нескольких этапов: 3D-печати, окончательной засветки, выжигания полимера и спекания полученной металлической детали. Главный недостаток заключается в неизбежной усадке металлического изделия, ведь часть напечатанной заготовки попросту испаряется.
c2d0093d79b19bafb576d1b5966736c6.jpg
А вот команда профессора Джулии Грир пытается сделать усадку частью производственного процесса. Другими словами, двухфотонная литография и так нужна для печати микроскопических изделий, но как и любая другая аддитивная технология имеет ограниченное разрешение. Усадка же помогает делать и без того маленькие детали еще меньше. Идея принадлежит одному из научных сотрудников – аспиранту Андрею Вятских, предложившему использовать металлосодержащие фотополимерные растворы. Вот только если в большинстве случаев производители таких материалов стараются добиться как можно более высокого содержания металла, здесь все наоборот: чем меньше металла, тем выше усадка, а значит и выше степень миниатюризации после отжига и спекания. Главное – найти правильный баланс, чтобы на выходе получались достаточно крепкие металлические структуры, и точно рассчитать характер усадки, чтобы готовое изделие приобретало требуемую форму.
80236c1242be05326b04b4a6c2588fa3.png
На иллюстрациях выше можно увидеть модель решетчатой структуры с толщиной элементов в 150 нанометров, что довольно близко к практическому пределу возможностей технологии. После печати модель поместили в вакуумную печь и медленно разогрели до 1000°С – достаточно для выжигания фотополимера и спекания, но не плавления никеля, использовавшегося в качестве добавки. В результате термообработки кубик сжался на 80% в каждом измерении, но при этом сохранил форму. Разработчикам предстоит решить ряд проблем, включая высокую зернистость и относительно низкую плотность получаемых деталей, снижающих прочность. В случае успеха технология может найти применение в производстве имплантатов, компьютерных чипов, компонентов миниатюрных беспилотников и в других сугубо мирных проектах. Исследование финансируется Министерством обороны США. На одном лишь никеле команда останавливаться не собирается, рассматривая в качестве расходных материалов вольфрам, титан, керамику, а также полупроводники и пьезоэлектрики. Ознакомиться с докладом научной команды можно по этой ссылке.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.
Подписаться на 3Dtoday
3
Комментарии к статье

Комментарии

13.02.18 в 17:54
3
Не очень понятно, на какой стадии никель из соли со степенью окисления +2 перешёл в металл. Должен оксид никеля получиться. Ну а если они подразумевают восстановление металла из оксида металла - то нафига соли никеля брать? Взять сразу перемолотый оксид, запихнуть в фотополимер, далее в ванхао и в муфель. Все, пошёл на патент подавать
13.02.18 в 17:58
0
:D:D:D
13.02.18 в 18:07
1
Может быть дело в растворимости? Это же не коллоидный раствор, как я понимаю. А вообще, правильно. Патентуйте. Почитать доклад всегда успеете. :)
14.02.18 в 09:25
0
Не очень понятно, на какой стадии никель из соли со степенью окисления +2 перешёл в металл.
Вероятнее всего на стадии выгорания полимера.
Выгорание должно производиться под ваккумированием, с небольшим дозированным присосом воздуха, чтобы обеспечить выгорание полимера с дефицитом кислорода - так, чтобы выгорание происходило, но углерод окислялся не до СО2, а до СО. Тогда он будет восстанавливать никель.
Процесс очень тонкий (недостаток кислорода - не выгорит полимер и деталь будет загрязнена углеродом, избыток - вместо никеля получим его оксид), тут ноу-хау важнее патента.
Ни о каком широком внедрении подобно технологии не может быть и речи, и, вероятнее, процесс специально разрабатывали так, чтобы он был сложноповторим.
Ну а если они подразумевают восстановление металла из оксида металла - то нафига соли никеля брать? Взять сразу перемолотый оксид, запихнуть в фотополимер, далее в ванхао и в муфель.
Не удивлюсь, если они именно так и делают, - ноу хау. Берем оксид никеля (или что-то подобное - гирооксид, углекислую соль и т.п.), смешиваем с полимером, выдерживаем нужное время - и усе!
14.02.18 в 10:51
2
Да, я тоже так подумал. Тот случай, когда зольность идет нам на пользу :D в двухфотонной полимеризации видимо действительно нужен раствор, причем с высокой концентрацией металла. Интересно, сколько акрилата никеля можно напихать в систему
13.02.18 в 18:36
0
Сколько же это будет стоить...?

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Как подобрать настройки пластика.

13 декабря официально откроются более тридцати детских технопарков «Кванториум»

Краткий обзор высокотемпературного 3D-принтера Intamsys FUNMAT HT

Origin Robotics предлагает 3D-печатные телеуправляемые роботы Origibot2

Компания «АБ Универсал» займется продажами 3D-принтеров XJet на территории России

Обзор пластика от 3D Partner