新技術「多金屬電流體氧化還原3D列印」面世

在最近發表的一篇題為《亞微米級多金屬電流體氧化還原3D列印》論文中，來自瑞士的研究人員解釋了關於金屬在液體溶劑中溶解和再沉積是如何通過促進無需後處理的製造來進一步提高增材製造工藝的。「這種新方法允許用戶從具有多個通道的單個噴嘴創建多晶多金屬3D結構。」

作者指出，微尺度上的增材製造非常受歡迎，特別是在材料方面具有擴展能力。用戶想要的更多——尤其是在工業層面，然而，現實地說，挑戰依然存在：

「…首先，常見的多噴嘴方法對3D化學結構的複雜性施加了廣泛的實際限制；第二，無機材料的沉積特性(主要是納米顆粒油墨)，往往與微加工中的要求相去甚遠，因此所需的列印後處理在很大程度上使許多材料的組合變得複雜。」研究人員說。

EHD-RP

無油墨電動流體氧化還原列印(EHD-RP)消除了金屬中的這些問題，從一個噴嘴的材料組合直接列印。作者說，他們的新方法為列印結構的3D化學結構提供了無與倫比的控制。許多不同的金屬可以用於EHD-RP，可直接或間接列印。

電流體力學氧化還原列印(EHD-RP)的工作原理：(1)金屬電極M0浸入液體溶劑後，在列印噴嘴內產生溶解金屬離子Mz 。(2)離子負載的溶劑液滴受流體力學力的影響。(3)著陸後，Mz 離子通過電子轉移從襯底上還原成零價金屬M0。在多通道噴嘴中切換不同電極之間的氧化電壓，可以對列印化學物質進行動態調製(示意圖未繪製到刻度：電極線的典型尺寸為100μm×2cm)。b典型的雙通道噴嘴，c列印過程的光學顯微照片。標尺：10μm。d，e從單個雙通道噴嘴列印Cu，Ag和Cu-Ag。D偏置Cu電極、Ag電極或乙腈(ACN)浸沒時噴射離子的質譜分析。e列印Cu、Ag和Cu-Ag柱，它們具有相應的能量色散X射線(EDX)光譜，反映了各自源電極(背景減去)的化學性質。C-K和O-K峰可能分別來源於殘留溶劑和少量氧化.Cu-Ag柱的Cu和Ag含量按Cu Ag信號歸一化百分比給出，標尺：500 nm。

作者提到，雖然在開關過程中橫向偏差非常小，但有一些跡象表明這兩種金屬之間存在輕微的移動。作者指出，這通常是由於噴嘴的不對稱。幾何和保真度的複雜性並沒有像作者所希望的那麼高，但是他們表示這是基於EHD的微列印技術中的一個常見問題。

幾何性能和列印微結構。用50×50Cu柱列陣列印，點對點間距為500 nm。標尺：5μm。b牆壁以逐漸減小的牆到牆間距列印，最小間距為250納米。高度：最左邊的圖片有十層，其他的為三層。標尺：1μm。C列印Cu線寬度小於100 nm。d寬徑比約為400的銅線。e通過平台的橫向平移形成的懸垂，平衡了平面外的生長速率。通過提高柱向前柱的平面內平移速度，最大速度為2.1μm s?1。標尺：1μm。f同心、平面外正弦波，逐層列印.標尺：2μm。G作為列印銅柱和相應的橫截面顯示緻密的多晶組織.標尺：200 nm

這一工藝還提高了機械和電氣性能，使其在製造感測器或致動器、光學超材料和小規模引線鍵合方面具有潛在的應用潛力。在這項研究中，研究人員只使用了三種金屬，但這個數字可能會隨著使用帶有額外通道的噴嘴而增加。

因此，EHD-RP有可能解鎖獨特的路線，自下而上製造具有局部調諧性能和合理使用合金元素的化學設計3D器件和材料。這類材料可以在催化、活性化學裝置、小型機器人和結構材料中得到應用，這些材料不僅限於單一材料的細胞設計。」研究人員總結道。

「電流體動力學氧化還原3D列印」有兩個方面：進一步完善3D列印和增材製造，並消除仍然普遍存在的令人非常恐懼的後處理過程。研究人員一直致力於解決這個問題，從創建後處理硬體到消除彩色3D列印的後期處理，為牙科印表機提供自動化。

使用單噴嘴對化學結構的增才製造進行控制。a，b從雙通道噴嘴列印的兩種金屬之間的快速切換.Cu~ (紅色)和Ag~ (藍色)離子在Cu和Ag電極之間切換不同時間間隔時產生的總質譜(MS)離子流。在兩個拋射離子物種之間切換是高度選擇性的。用與(A)相同的轉換剖面(Cu-L信號、紅色和Ag-L信號，藍色)列印的SE顯微照片和EDX元素軌跡圖。相應的EDX線分布表明，Cu和Ag之間的開關可以分解到最小的脈衝寬度。標尺：2μm。c，d用單噴嘴列印的化學非均勻結構的例子。不同Cu、Ag調製周期的柱C序列。標尺：1μm。平面外銅牆，銀內嵌有『Ag』字，採用連續逐層列印方式列印。

來源：3D列印商情

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