蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）和南洋理工大學 (NTU) 的研究人員開發了一種新的3D打印技術，能夠生產(chan) 納米級金屬部件。

基於(yu) 電化學方法，該工藝可用於(yu) 製造直徑小至25納米的銅物體(ti) 。作為(wei) 參考，人類頭發的平均直徑約為(wei) 75微米，而這種銅物體(ti) 的直徑時是人類頭發的1/3000。

據Dmitry Momotenko博士領導的研究小組稱，這種3D打印技術將在微電子、傳(chuan) 感器和電池技術方麵具有潛在應用。

使電鍍適應增材製造

ETH/NTU納米打印方法實際上基於(yu) 電鍍工藝，這是製造業(ye) 中使用的一種金屬塗層技術。為(wei) 了電鍍零件，製造商將帶正電的金屬離子懸浮在鹽溶液中，然後將帶負電的電極添加到該液體(ti) 溶液中，使離子與(yu) 電極中的電子結合並形成中性金屬原子。原子作為(wei) 塗層沉積在電極上，並在表麵上緩慢形成固體(ti) 層。

Momotenko博士補充說：“在這個(ge) 過程中，固體(ti) 金屬是由液體(ti) 鹽溶液製成的——電化學家可以非常有效地控製這個(ge) 過程。”

納米打印過程在完全相同的前提下運行，即使用微型移液器將帶正電荷的銅離子沉積到帶負電荷的打印表麵上。在這種情況下，該團隊使用了僅(jin) 1.6納米寬的噴嘴尖端，這意味著一次隻能通過兩(liang) 個(ge) 銅離子。這與(yu) 幾個(ge) 電化學打印參數相結合，使團隊能夠密切控製打印結構的直徑。該論文報告說，最小的打印物體(ti) 隻有25納米寬（195個(ge) 銅原子）。

另一方麵，傳(chuan) 統的粉末基金屬3D打印機通常隻能達到微米級分辨率，這仍然是目前研究中的分辨率的數千倍。
“我們(men) 正在研究的技術結合了兩(liang) 個(ge) 領域——金屬打印和納米級精度。”Momotenko博士解釋道。

金屬3D納米打印的應用

有趣的是，Momotenko博士的團隊發現他們(men) 的3D打印過程能夠製造各種各樣的物體(ti) 類型，包括垂直結構、水平結構、傾(qing) 斜甚至螺旋。這種強大的方法適用於(yu) 一係列新穎的應用，例如更高效的儲(chu) 能設備、微電子，甚至用於(yu) 化學生產(chan) 目的的3D打印催化劑。

就未來的工作而言，研究人員目前正致力於(yu) 將該技術應用於(yu) 3D打印更緊湊的鋰離子電池。這些設計的特點是增加了電極的表麵積，縮短了電極之間的距離，所有這些都是為(wei) 了加快充電過程。

該研究的更多細節可以在題為(wei) “將電化學三維打印帶入納米級”的論文中找到。

延伸閱讀
3D打印領域常常出現一些具有創新性的技術。10月，英國拉夫堡大學的研究人員開發了一種稱為(wei) 材料處理擠出增材製造 (MaTrEx-AM) 的混合製造方法，它使用丙酮來增強3D打印零件的結構。

通過改變丙酮的用量和使用位置，製造商可以控製零件變形，從(cong) 而創造出具有新的機械性能的零件。同時，這種製造方法還可實現4D打印，實際應用包括用於(yu) 頭盔襯墊的4D晶格，以避免撞擊傷(shang) 害或作為(wei) 生物醫學植入物。
研究團隊成員Andy Gleadall 博士說：“3D打印是一層一層地增加材料的，有點像你把很多木頭橫著疊在一起時看到的一樣，層與(yu) 層之間存在幾何缺陷，不同材料之間的結合可能不如純聚合物那樣好，MaTrEx-AM對於(yu) 那些容易在打印過程中變形的零件將有巨大價(jia) 值。”

“機械性能隨時間變化的特性意味著MaTrEx-AM為(wei) 材料性能增加了一個(ge) 新的維度，現場混合處理實現了4D打印。” Gleadall 博士補充說。

在德國Fraunhofer IWS研究所，來自德國和以色列的科學家正在聯合測試一種用於(yu) 工業(ye) 加工的新型激光器。以色列Civan Lasers公司的這台13kW “動態光束”激光器將數十個(ge) 單獨的光束組合成高質量的強大激光束。通過部分光束中波穀和波峰的小相移（光相控陣），激光器可以在激光束中快速生成不同的能量分布模式，而典型激光器僅(jin) 在光束中心聚焦能量。新激光器係統可在工件上產(chan) 生例如環形、八字形或馬蹄形的能量聚焦模式。

要想達到新係統同樣的能量分布模式，過去往往需要通過光束偏轉光學器件或快速振蕩反射鏡實現。但即使是最快的振蕩反射鏡，仍然需要幾毫秒時間重新調整激光束的能量模式。研究團隊的測試內(nei) 容包括評估將動態光束整形用於(yu) 金屬增材製造的可能性。作為(wei) “ShapeAM”項目的一部分，研究人員測試新激光器係統以實現材料特性的改進。

具體(ti) 而言，研究團隊的目標是鈦、鋁合金的增材製造，這些材料將應用於(yu) 航天器部件、植入物和汽車輕量化部件。測試過程中，Civan Lasers公司計劃使用動態光束整形技術消除工藝加工中可能出現的缺陷，從(cong) 而獲得更高質量的3D打印效果。公司首席執行官Eyal Shekel博士表示，“ShapeAM項目使我們(men) 能夠探索動態光束整形在金屬增材製造中的優(you) 勢。”

可以預見的是，新型激光器在增材和連接工藝中將實現對熔池表麵和熔池深度的快速精確控製。研究團隊期待在無毛刺切割和高邊緣質量方麵，新型激光器能繼續顯現出激光切割的優(you) 勢。他們(men) 估計，與(yu) 傳(chuan) 統光纖激光器相比，“動態光束”激光器的加工速度可以提升兩(liang) 倍。