《Micromachines》:借助中空AFM悬臂梁实现亚微米-亚毫米金属微结构的增材制造

发布日期:2022-05-17

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目前,微米尺度金属结构的增材制造主要采用三种策略:微立体光刻模板的金属化、金属材料的转移-烧结以及原位金属合成。其中,基于金属离子局部电化学还原反应的电化学沉积3D打印技术采用原位金属合成的方式,无需进行任何后处理。该技术使用金属盐溶液作为原料,在打印过程中,金属盐溶液通过打印喷嘴喷射到导电基底上,当溶液接触到基底时,金属离子发生还原反应形成金属沉积层。

 

本研究论文介绍了一种基于力学控制的金属电化学沉积3D打印技术,该技术采用中空原子力显微镜(AFM)悬臂梁在标准三电极电解池中局部喷涂金属离子,从而发生局部电镀反应。中空悬臂梁偏转反馈信号可以实时监测体素的生长,进而实现打印过程的自动化;而且该技术无需进行参数校准,可在导电基底任意位置进行打印。基于以上优势,该技术可自动成型任意形状的3D结构。研究人员利用该技术打印了两个不同比例的大卫雕像铜复制品。虽然铜是最合适的电沉积金属,但该技术同样适用于可宏观电镀的所有金属。

 

基于力学控制的电化学沉积3D打印技术制备两个并排支柱的示意图

图1. 基于力学控制的电化学沉积3D打印技术制备两个并排支柱的示意图

 

比例为1:10000和1:70000的大卫雕像复制品的SEM图

图2. 比例为1:10000和1:70000的大卫雕像复制品的SEM图。a-c:比例为1:10000、高度为700μm的复制品;图a插图、图b插图及d图:比例为1:70000、高度为100μm的复制品

 

摩方精密与瑞士Exaddon AG公司合作,在中国区进行微纳金属3D打印设备提供服务和推广。基于电化学沉积技术的金属微增材制造技术,Exaddon创新地设计了微纳金属打印系统CERES。CERES可以在室温下以亚微米级分辨率打印复杂的微金属结构,尺寸从1 μm到最大1000 μm(人类的头发一般为80~90μm),并且无需进行后处理。

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