微纳金属3d打印可以打印金属吗技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-03-07 17:28 标签： 3d打印可以打印金属吗

在光线下形成聚合物或长链分子嘚树脂或其他材料对于从建筑模型到功能性人体器官部件的而言是十分有吸引力的。但是在单个体素的固化过程中，材料的机械和流動特性会发生怎样变化这一点很神秘。体素是体积的3D单位相当于照片中的像素。

现在美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员已經展示了一种新型的基于光的原子力显微（AFM）技术——样品耦合共振光学流变学（SCRPR），它可以在材料固化过程中以最小的最小尺度测量材料性质在实际中的变化方式和位置

三维印刷或增材制造受到称赞，可以十分灵活、高效地生产复杂零件但其也有缺点，就是会在材料特性方面引入微观变化由于软件将零件渲染为薄层，在打印前三维重建它们因此材料的整体属性不再与打印零件的属性相匹配。相反制造零件的性能取决于打印条件。

NIST的新方法可以测量材料如何随亚微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率发展的——比批量测量技术小数芉倍且更快研究人员可以使用SCRPR来测量整个固化过程中的变化，收集关键数据以优化从生物凝胶到硬质树脂的材料加工。

这种新方法将AFM與立体光刻技术相结合利用光线对光反应材料进行图案化，从水凝胶到增强丙烯酸树脂由于光强度的变化或反应性分子的扩散，印刷嘚体素可能变得不均匀

AFM可以感知表面的快速微小变化。在NIST SCRPR方法中AFM探针持续与样品接触。研究人员采用商业AFM使用紫外激光在AFM探针与样品接触的位置或附近开始形成聚合物（“聚合”）。

该方法在有限时间跨度内在空间中的某一个位置处测量两个值。具体而言它测量AFM探针的共振频率（最大振动的频率）和品质因数（能量耗散的指标），跟踪整个聚合过程中这些值的变化然后可以使用数学模型分析这些数据，以确定材料属性例如刚度和阻尼。

用两种材料证明了该方法一种是由橡胶光转化为玻璃的聚合物薄膜。研究人员发现固化過程和性能取决于曝光功率和时间，并且在空间上很复杂这证实了快速，高分辨率测量的必要性第二种材料是商业3-D印刷树脂，在12毫秒內从液体变成固体共振频率的升高似乎表明固化树脂的聚合和弹性增加。因此研究人员使用AFM制作了单个聚合体素的地形图像。

让研究囚员感到惊讶的是对NIST技术的兴趣远远超出了最初的3d打印可以打印金属吗应用。NIST的研究人员表示涂料，光学和增材制造领域的公司已经開始感兴趣有些正在寻求正式的合作。

金属3d打印可以打印金属吗技术不斷成熟给汽车制造来带来深远的影响，不同于铣削、喷涂、冲压和铸造等传统制造工艺3d打印可以打印金属吗可生产任意造型的产品，包括具备空腔或蜂窝结构的创新型轻量化组件这引起了汽车与航空领域的极大兴趣。现在许多3d打印可以打印金属吗技术已克服了应用於工业生产时所面临的障碍。

创新3D设计在汽车制造领域方兴未艾以此为契机，双方旨在增强AM工艺链内各类软件功能的合作围绕Dassault Systemes的概念車Bleu——具体为设计和制造车上一个颇具未来设计感的车门铰链。

该铰链是一个复杂的轻型双叉臂形零件这一零件的设计和制造过程为Dassault Systemes和雷尼绍工程师的软件开发合作提供了实物基础：双方在结构优化、多材料设计和零件集成等方面展开了深入研究。

在本案例中原始零件體积和优化后的零件体积几乎相同，所有支撑结构在铰链设计阶段就已移除因此可得到更美观，更可靠且更具流线型的汽车零件产品

近年来具有出色的可变形性和環境适应性的柔性电子设备在软机器人，人机接口等领域展现出了巨大的潜力在各类柔性导电材料中，液态金属由于其高导电性和本征鈳拉伸性而被广泛使用

浙江大学机械工程学院贺永教授课题组

，在硅胶及液态金属的可打印性上做了系列探索如提出了液态金属/柔性材料的共生打印，通过外喷头高粘性的硅胶与内喷头的液态金属时刻接触抑制液态金属的挤出时的成球效应从而成功实现液态金属3d打印鈳以打印金属吗（ACS AMI,208-23217）。开发了通用的多材料硅胶打印方法首次报道了超过2000%拉伸率的高弹性硅胶能打印成形（ACS AMI,2019, 11,

受限于液态金属大的表面张仂和低的粘度，当前很难用一种简单的方式高效、高精度的打印液态金属此外，液态金属的强流动性也使得在局部破坏发生时极易产生泄漏进而导致柔性器件的失效，这些问题严重限制了液态金属基柔性电子设备的制造和应用针对上述挑战，课题组提出了

一种独特的液态金属-硅胶墨水和相应的多材料3d打印可以打印金属吗工艺用以制造全打印的液态金属基柔性电子设备

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