Калифорнийские ученые разрабатывают методику наноразмерной 3D-печати металлами

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.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. 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.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.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.