特文特大學(xué)的研究人員找到一種3D打印銅和金結(jié)構(gòu)的技術(shù)，這種技術(shù)是通過在顯微鏡下疊加小金屬液滴實(shí)現(xiàn)的。使用脈沖激光，這些液滴由金屬薄膜融化而成。這一研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。
 

如圖所示為微型銅柱，高0.86毫米，寬0.005毫米。該銅柱的直徑為0.001毫米。利用這種技術(shù)，更復(fù)雜的形狀也可以3D打印出來。

3D打印技術(shù)是一個(gè)迅速發(fā)展的領(lǐng)域，被稱為“新制造業(yè)的基石”。然而目前，3D印刷主要限于塑料。如果金屬材料可用于3D打印技術(shù)，將打開3D打印的新領(lǐng)域。金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性很好，強(qiáng)度很高。因此，利用3D印刷金屬可以制造全新的設(shè)備和組件，如小冷卻元素或在智能手機(jī)中起連接作用的堆疊芯片。

但是，金屬在高溫下發(fā)生融化，這使得金屬液滴的沉積控制具有高度的挑戰(zhàn)性。高溫噴嘴需要處理液體金屬，但無法實(shí)現(xiàn)。尤其對(duì)于小結(jié)構(gòu)(100納米到10微米)的材料，由于這個(gè)問題的存在，依然無法找到合適的解決方案。

特文特大學(xué)的研究人員為高分辨率的金屬印刷的研究邁出了重要一步。他們用激光融化銅和黃金，金屬液滴控制在微米大小。利用這種方法中，將脈沖激光聚焦于一個(gè)金屬薄膜的局部，融化金屬變形成為液滴。接著，液滴置于基質(zhì)上。重復(fù)這個(gè)過程，從而制備出三維結(jié)構(gòu)。研究人員堆積了成千上萬滴液滴，從而制備出具有 2毫米的高度和5微米直徑的微型金屬柱。他們也在腔體中打印出垂直電極以及銅線。實(shí)際上，幾乎任何形狀的材料都可以通過控制液滴的沉積位置得以實(shí)現(xiàn)。

高能

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用一種高能的激光，并與此前的研究加以對(duì)比，增加對(duì)金屬液滴速度的控制。當(dāng)液滴快速地滴到襯底時(shí)，形成圓盤形狀并固化。這種圓盤形狀對(duì)3D技術(shù)來說是必不可少的:使得研究人員可以從底部堆疊出堅(jiān)固的層狀結(jié)構(gòu)。此前，物理學(xué)家使用較低的激光能量打印小液滴，但是液滴呈球體狀，意味著堆疊體具有不穩(wěn)定性。

在這一研究中，研究者指出要想獲得預(yù)期的材料形狀，液滴的速度必須得以控制。他們之前預(yù)測(cè)速度對(duì)不同的激光能量和材料是不同的，也就是說研究結(jié)果也適用于其他金屬。

剩下的問題之一是高激光能量使得水滴同時(shí)落在基底的臨位置上。目前還不能避免這一情況。未來，工作團(tuán)隊(duì)將研究這種影響，從而利用清潔印刷制備金屬、凝膠或極厚的液體。