特文特大學的研究人員找到一種3D打印銅和金結構的技術，這種技術是通過在顯微鏡下疊加小金屬液滴實現(xiàn)的。使用脈沖激光，這些液滴由金屬薄膜融化而成。這一研究成果發(fā)表在《先進材料》上。
如圖所示為微型銅柱，高0.86毫米，寬0.005毫米。該銅柱的直徑為0.001毫米。利用這種技術，更復雜的形狀也可以3D打印出來。
3D打印技術是一個迅速發(fā)展的領域，被稱為“新制造業(yè)的基石”。然而目前，3D印刷主要限于塑料。如果金屬材料可用于3D打印技術，將打開3D打印的新領域。金屬的導電性和導熱性很好，強度很高。因此，利用3D印刷金屬可以制造全新的設備和組件，如小冷卻元素或在智能手機中起連接作用的堆疊芯片。
但是，金屬在高溫下發(fā)生融化，這使得金屬液滴的沉積控制具有高度的挑戰(zhàn)性。高溫噴嘴需要處理液體金屬，但無法實現(xiàn)。尤其對于小結構(100納米到10微米)的材料，由于這個問題的存在，依然無法找到合適的解決方案。
特文特大學的研究人員為高分辨率的金屬印刷的研究邁出了重要一步。他們用激光融化銅和黃金，金屬液滴控制在微米大小。利用這種方法中，將脈沖激光聚焦于一個金屬薄膜的局部，融化金屬變形成為液滴。接著，液滴置于基質上。重復這個過程，從而制備出三維結構。研究人員堆積了成千上萬滴液滴，從而制備出具有 2毫米的高度和5微米直徑的微型金屬柱。他們也在腔體中打印出垂直電極以及銅線。實際上，幾乎任何形狀的材料都可以通過控制液滴的沉積位置得以實現(xiàn)。
高能
在這項研究中，研究人員使用一種高能的激光，并與此前的研究加以對比，增加對金屬液滴速度的控制。當液滴快速地滴到襯底時，形成圓盤形狀并固化。這種圓盤形狀對3D技術來說是必不可少的:使得研究人員可以從底部堆疊出堅固的層狀結構。此前，物理學家使用較低的激光能量打印小液滴，但是液滴呈球體狀，意味著堆疊體具有不穩(wěn)定性。
在這一研究中，研究者指出要想獲得預期的材料形狀，液滴的速度必須得以控制。他們之前預測速度對不同的激光能量和材料是不同的，也就是說研究結果也適用于其他金屬。
剩下的問題之一是高激光能量使得水滴同時落在基底的臨位置上。目前還不能避免這一情況。未來，工作團隊將研究這種影響，從而利用清潔印刷制備金屬、凝膠或極厚的液體。
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