Инженеры Калифорнийского технологического института разработали метод 3D-печати из металлов и сплавов с разрешением, которое в некоторых случаях на порядок меньше, чем было возможно ранее. Минимальный размер элемента уменьшили до 40 мкм, что откроет путь к производству крошечных компонентов для микроэлектронных механических систем (MEMS), которые можно применять для широкого спектра устройств, от датчиков до систем отвода тепла от чипов.
Источник изображений: Bob Paz
Традиционно 3D-печать металлических изделий опирается на послойное спекание металлических порошков лазерным лучом. При этом высокая теплопроводность металлов мешает повысить разрешение — нагрев происходит быстро, и как не фокусируй лазер, в области проекции спекается больше порошка, чем предусматривает цифровая модель. Учёные из Калтеха решили эту проблему интересным образом — на этапе печати модели они предложили отказаться от металлов и лазера.
Модель всё так же послойно создаётся на 3D-принтере, но не из порошкового металла, нагреваемого лазером, а из полимерного гидрогеля с послойным закреплением ультрафиолетовым светом. После создания модели её помещают в водный раствор солей металла, в котором ионы металла проникают в гидрогель. После насыщения модели солями производится отжиг модели. Температура отжига выбирается ниже точки плавления металла, но она всё равно достаточно высока (700–1100 °C), чтобы полностью выжечь гидрогель.
После отжига остаётся металлическая модель с разрешением элементов даже меньше, чем гидрогелевая матрица. И если методом прямой лазерной 3D-печати можно создавать металлические детали с минимальным разрешением 100 мкм, то использование матрицы повышает разрешение печати металлических моделей до 40 мкм. Это в два раза тоньше человеческого волоса.
Медная модель после отжига
Калтехом была создана компания 3D Architech для лицензирования новой технологии печати всем заинтересованным. Биотехнологии, охлаждение чипов, датчики, робототехника — все эти дисциплины и многие другие нуждаются в массовом производстве миниатюрных изделий из металлов, которые нельзя изготовить традиционным способом — литьём, фрезерованием, ковкой и так далее.