日前,哈佛大学下属的Wyss生物工程研究所John A. Paulson工程和应用科学院(SEAS)的科学家们开发出了一种3D打印复杂金属对象的新技术,这种技术能够像3D打印笔那样在空中直接“绘制”3D金属对象。

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这是一种激光辅助的直接墨水书写技术,目前与之相关的研究论文已经于2016年5月16日被在线发表在了《美国国家科学院学报(Proceedings of the National Academy of Sciences)》上。据了解,该技术可以在没有任何辅助支撑材料的情况下一步打印出独立的微观金属3D结构。这项研究的负责人是Wyss研究所的Jennifer Lewis教授,她同时也是SEAS的Hansjörg Wyss生物工程教授。

“我对自己实验室里获得的最新研究进展真的很兴奋,它能够使我们“快速”(on-the-fly,又有在空中之意)3D打印、退火柔性金属电极和复杂的对象。”Lewis教授说。

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据悉,Lewis的团队在这项技术中使用的是一种含有纳米银粒子的墨水,这种墨水被送至打印喷嘴处,然后研究人员使用一种经过编程的激光在其刚刚挤出时对其进行退火,该激光的强度经过专门计算,刚刚能够导致该墨水的固化。此外,其打印喷嘴沿X、Y和Z轴移动,结合旋转的构建平台,可以实现任何曲率的自由曲面。通过这种方式,微型的半球、螺旋图案、甚至由头发丝宽的银质导线组成的一只蝴蝶可以在几秒钟内被打印出来。而且打印的导线表现出了优良的导电率,几乎可以与散装银相匹配。

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据传统上用于制备导电金属结构的3D打印技术相比,激光辅助直接墨水书写技术不仅在一步打印曲线和复杂的线形图案的能力上更加出色,而且具有感应本地激光加热的能力,可以将导电银导线直接打印在低成本的塑料基材。

根据这项研究的第一作者,Wyss研究所的博士后研究员Mark Skylar-Scott称,这项技术最大的挑战在于如何优化激光与喷嘴间隔的距离。

“在打印期间,如果激光太接近喷嘴的话,热能会上溯从而导致固化的墨水堵塞喷嘴。”kylar-Scott说:“为了解决这个问题,我们根据给定银线图案的温度分布生成了一个热传导模型,并通过这个模型来调节打印速度和和喷嘴与激光的距离,从而可以精确地控制“空中”的打印过程。”

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最终的结果是该技术不仅能够制造出各种金属的曲线、螺旋,以及尖锐的转角,并且可以直接用银墨水在稀薄的空气中“书写”,从而为那些依赖于定制化的金属结构的电子和生物医学设备带来了无限的可能。

除了Lewis 和 Skylar-Scott,之外,Suman Gunasekaran也是本研究的一位合著者。Gunasekaran是在SEAS学习化学和物理学的一位本科研究员。这样研究得到了美国能源部、科学办公室和基本能源办公室的支持。

文章来源:互联网采集

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