微納金屬3D打印以小見大發(fā)絲上舞蹈

微納金屬3D打印是在原子力顯微鏡平臺上通過微流控制技術(shù)和電化學(xué)的方法實現(xiàn)微納金屬3D結(jié)構(gòu)成型?？梢栽?0微米的成型空間相當(dāng)于人的頭發(fā)絲截面內(nèi)完成打印，且具備一定的機械性能。可實現(xiàn)2微米細節(jié)，可打印材料包括金，銀，銅，鉑等。

在直徑0.06mm的頭發(fā)上進行金屬3D打印相信很多人聽了都覺得不可思議無法完成，那3D打印可以在頭發(fā)絲上進行嗎？~小伙伴們?nèi)绻幌嘈趴梢钥纯匆曨l

看完視頻小伙伴們肯定想什么機器這么厲害，現(xiàn)在跟大家介紹一下這款亞微米分辨率的金屬 3D打印機，由Exaddon AG開發(fā)的CERES系統(tǒng)可在環(huán)境條件下直接3D打印金屬。該系統(tǒng)通過增材制造來構(gòu)建亞微米分辨率的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而在微電子，MEMS和表面功能化等領(lǐng)域開辟了新視野。?

?CERES系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)由直觀的操作員軟件控制，位于防震臺上?？刂破饔布挥谧雷酉路?。?

逐個體素和逐層執(zhí)行打印過程，該過程允許90° 懸垂結(jié)構(gòu)和獨立式結(jié)構(gòu)。金屬打印工藝是基于體素的。體素定義為基本3D 塊。體素以定義的坐標(biāo)逐層堆疊，形成所需的2D或3D

幾何形狀。沒有支撐結(jié)構(gòu)的獨立式結(jié)構(gòu)和90°懸垂角度是可行的，帶來了真正的設(shè)計自由度。通過離子尖偏轉(zhuǎn)的實時反饋使打印過程自動化。當(dāng)體素到達完成時，體素的頂側(cè)與尖端相互作用，使懸臂偏轉(zhuǎn)微小量。該過程非常類似于以接觸模式運行的AFM懸臂。如果達到用戶定義的偏轉(zhuǎn)閾值，則將體素視為已打印。然后將尖端快速縮回至安全的行進高度，然后移至下一個體素。

懸臂的體素坐標(biāo)，打印壓力和撓曲閾值在csv文件中指定。該文件已加載到打印機的操作員軟件中。csv文件由Exaddon提供的設(shè)計助手（即所謂的Voxel Cloud Generator）生成?；蛘?，可以通過任何能夠?qū)С黾兾谋疚募牡谌杰浖砩晌募?

建立，用于打印結(jié)構(gòu)的電化學(xué)裝置。穩(wěn)壓器施加電壓以控制還原反應(yīng)。體素由離子溶液構(gòu)成，通過微流體壓力控制器將離子溶液從離子尖端中推出，該微流體壓力控制器以小于1mbar的精度調(diào)節(jié)施加的壓力。在恒電位儀施加的適當(dāng)電壓下，還原反應(yīng)將金屬離子轉(zhuǎn)化為固體金屬?？蛻舳x的離子溶液以及Exaddon提供的離子墨水可用于保證打印質(zhì)量。離子溶液的一個例子是硫酸銅（CuSO4）在硫酸（H2SO4）中的溶液。在工作電極上發(fā)生以下反應(yīng)：Cu2 +（aq）+ 2e-→Cu（s）。?

像大多數(shù)電鍍技術(shù)一樣，電解池也需要導(dǎo)電液槽才能工作。在這種情況下，打印室將在pH = 3的水中充滿硫酸，以使電流流動。對于在其上發(fā)生沉積的工作電極需要導(dǎo)電表面。穩(wěn)壓器控制用戶定義的電位，并通過石墨對電極在電化學(xué)電池中提供電流。Ag / AgCl參比電極用?

于測量工作電極電勢。將所有電極浸入支持電解質(zhì)中。兩個高分辨率攝像頭（頂視圖和底視圖）可實現(xiàn)離子頭裝載，打印機設(shè)置和打印結(jié)構(gòu)的可視化。內(nèi)置了計算機輔助對齊功能，可以在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上進行打印。用于在例如芯片表面上預(yù)定義的電極上打印。該軟件在打印期間和之后向用戶提供每個體素遇到的成功，失敗或困難的反饋。CERES系統(tǒng)還執(zhí)行其他過程，例如2D納米光刻和納米顆粒沉積。該系統(tǒng)開放且靈活，因此用戶也可以設(shè)計定制的沉積工藝。CERES系統(tǒng)是用于學(xué)術(shù)和工業(yè)研究的有前途的工具。它在微米級金屬結(jié)構(gòu)的增材制造中提供了空前的成熟度和控制能力。

目前微納金屬3D打印更多應(yīng)用在微納米加工、微納結(jié)構(gòu)研究、太赫茲芯片、微電路修復(fù)、微散熱結(jié)構(gòu)、微米高頻天線、微觀雕塑等領(lǐng)域，讓這些領(lǐng)域中很多不可能變成了可能。更多關(guān)于3D打印的介紹請搜索關(guān)注云尚智造，歡迎您來咨詢交流。

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