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三维架构3D打印技术已能使用纳米金属粉末打印

3D打印技术也称为增材制造,采用这种技术制造金属器件和我们的现在所用的粉末治金工艺有些相同,都是以金属粉末为基础构筑成件,如陶瓷粉末,金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的,而是通过喷头,用特殊的粘接剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面而成形的。

目前,3D打印技术的难点之一就是使用难熔金属进行打印,特别是像钨、铬、铼这类熔点很高的金属,更别提纳米级粉末颗粒了。多年来,各国的科学家们致力于研究可以实现即有成本效益,又能达到理想性能要求的新工艺。

前些日子,外国科学家开发了一种新技术,一种可以使用3D打印技术创建复杂的纳米级金属结构。这种技术将可以用于各种各样的应用中,例如在微小的计算机芯片上创建3-D逻辑电路,又例如制造工程超轻型飞机组件,这种工艺能创建具有不同特性的各类新型纳米材料。

在3D打印中,物体是逐层构建的,从而允许创建不需要通过诸如蚀刻或铣削的常规减成方法来制造产品。美国加州理工学院材料科学家Julia Greer和她的团队在3D打印机组(增材制造机)中设计了一种超薄的三维架构,这种三维架构其光束仅为纳米级,太小而不能用肉眼看到。

新型3-D组打印出各种材料的结构,从陶瓷到有机化合物。此外,科学家也在全力攻关以突破3D打印像钨和钛这样的难熔金属,尤其是当试图制造尺寸小于约50微米或约为头发宽度一半的微细粉末。

更具体的描述:科学家将镍和有机分子粘合在一起,形成一种看起来很像咳嗽糖浆的液体。他们使用计算机软件设计了一个结构,然后通过用双光子激光器来切换液体来构建它。激光在有机分子之间产生更强的化学键,将其硬化为结构的构建块。由于这些分子也与镍原子结合,所以镍会结合到结构中。通过这种方式,该团队能够打印出三维结构,该结构最初是金属离子和非金属有机分子的混合物。

然后把结构放入一个烤箱,在真空室中将其缓慢加热到1000摄氏度(约1800华氏度)。该温度远低于镍的熔点(1455摄氏度或约2650华氏度),但足够热以蒸发结构中的有机材料,仅留下金属。被称为热解的加热过程也将金属颗粒熔合在一起。

此外,由于该工艺蒸发了大量的结构材料,其尺寸缩小了80%,但仍保持其形状和比例。最终的缩水是能够让结构变得如此之小的重要原因。在这种建造的纳米结构中,印刷部分的金属梁直径大约是缝纫针尖端尺寸的1/1000。”

Greer和她的团队仍在提炼他们的技术,虽然他们从镍开始,但他们有兴趣扩展到工业中常用的其他金属,例如钨和钛。同时,科学家也希望使用这种工艺来打印其他材料,包括陶瓷,半导体、压电材料和其它异种材料。

 


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