Holländska forskare vid University of Twente har utvecklat en ny metall 3D-printingteknik som med hjälp av laser kan skriva ut metallkonstruktioner i droppform, även i rent guld.
Det finns lite olika tekniker för att 3d-printa i metall. Dessa metoder är emellertid ännu inte lämpliga för 3D-printing av metaller på en skala med funktionsstorlekar på mindre än ca 10 μm (micron) vilket skulle vara intressant för elektronik.
Forskarnas nya teknik, som har kallats "laser-induced forward transfer" (LIFT), använder en ultra-kort laserpuls för att smälta små bitar av metall från en nano-film. Detta bildar mikrodroppar av smält metall, som kan sprutas ut till sina mål, där de stelnar vid landning. Tack vare denna teknik kan forskarna bygga, droppe för droppe, en spiralformad mikrostruktur i koppar och guld samtidigt. De två metallerna har liknande smältpunkter, och i detta fall fungerar koppar som stödstruktur för guldmodellen.
Volymen av metalldroppen är alltså 1/biljondel av en liter. Hur dropparna görs, är genom att belysa metallen med en ultra-kort puls av grönt laserljus. Denna exakta generering av droppar gjorde det möjligt att konstruera en konstruktion som var bara ett par tiondelars mikron i höjd med detaljer som var mindre än 10 μm, med minimal ytjämnhet (ca 0,3 till 0,7 mikron). En avgörande fråga för forskarna var om de två metallerna skulle blandas vid gränssnittet: detta skulle få konsekvenser för produktens kvalitet efter etsning. Forskarna rapporterade inga tecken på blandning mellan metallerna.
När strukturen var klar användes kemisk etsning för att helt avlägsna stödstrukturen i koppar. Det som sedan finns kvar är en helix i rent guld.
(c) Sett uppifrån visar håligheten rakt igenom, (b) med stödstrukturen kvar.
Möjligheten att skapa helt fristående och överhängande strukturer är avgörande för printing av komplexa 3D-modeller. Att använda LIFT i kombination med kemisk etsning visar en möjlighet att skapa dessa typer av strukturer i micro skala.
LIFT tekniken är en lovande teknik för andra metaller och kombinationer av metaller också. Forskarna förväntar sig möjligheter till material som används i elektroniska kretsar, mikromekaniska anordningar och avkänning i exempelvis biomedicinska applikationer. Det är därför en kraftfull ny produktionsteknik på mycket liten skala: ett viktigt steg mot "funktionalisering" av 3D-utskrift.
Forskningen har gjorts av avdelningarna för fasta ämnen, ytor och system (MS3) och design, produktion och management (DPM), båda delar av tekniska högskolan vid University of Twente. Forskarna samarbetade med DEMCON Corporation, ett spinoff-företag vid University of Twente.
Artikeln "Utskrift av komplexa fristående mikrostrukturer via laserinducerad vidarebefordran (LIFT) av rena metallfilmer" av Matthias Feinaeugle, Ralph Pohl, Ton Bor, Tom Vaneker och Gert-Willem Römer publiceras här.