Лазерный мир

Ученые из Университета Твенте опубликовали результаты исследовательского проекта, в ходе которого выяснилось, что лазерная техника 3D печати, в которой выбрасываются сверхмалые капли металла, позволяет печатать трехмерные металлические конструкции из чистого золота.

Ученые использовали прямой лазерно-индуцированный перенос (laser-induced forward transfer, LIFT) для 3D-печати структуры с золотой спиралью размером всего в микрометры. (Изображение: Университет Твенте)

Ученые из Университета Твенте опубликовали результаты исследовательского проекта, в ходе которого выяснилось, что лазерная техника 3D печати, в которой выбрасываются сверхмалые капли металла, позволяет печатать трехмерные металлические конструкции из чистого золота.

Техника будет полезна при печати новых 3D микрокомпонентов для электроники или фотоники.
Исследование было проведено кафедрами Механики твердых тел, поверхностей и систем (MS3) и Проектирования, производства и управления (DPM), которые являются частью факультета инженерных технологий Университета Твенте. Исследование было проведено в сотрудничестве с Demcon, дочерней компанией Университета Твенте.

Было обнаружено, что техника, известная как прямой лазерно-индуцированный перенос (LIFT), позволяет печатать не только простые 3D «стопки», но и сложные нависающие структуры, такие как спираль размером в несколько микрон, из чистого золота. Техника работает, при направлении ультракороткого импульса зеленого лазерного излучения на металлическую пленку нанометровой толщины. Импульс расплавляет металлическую каплю размером в несколько фемтолитров, которая затем выбрасывается в свою цель и снова затвердевает после приземления.

Исследователи из университета обнаружили, что им удалось построить структуру с использованием медных и золотых микрокапель, где медь выступает в качестве механической опоры для золота, и подчеркнули в своей статье, опубликованной в «Аддитивном производстве», пример спирали, напечатанной медью. Вместе со спиралью можно напечатать медную «коробку», чтобы предотвратить попадание капли, предназначенной для новой обмотки спирали, на предыдущую обмотку. После создания спирали, капля за каплей и слой за слоем, медная «опорная коробка» может быть химически вытравлена, оставляя спираль из чистого золота размером не более нескольких десятков микрон.

Одна из задач, поставленных учеными, заключалась в том, будут ли два металла смешиваться на их поверхности и, следовательно, влиять на качество продукта после травления, но результаты показывают, что это не так. Исследователи пришли к выводу, что метод LIFT является важным шагом на пути к «функционализации» 3D-печати. Возможные варианты использования ожидаются для материалов, используемых в электронных схемах 3D, микромеханических устройствах и сенсорах, например, в биомедицинских приложениях.
Trumpf представлял зеленый лазер, способный печатать медь и золото, на Formnext.

В этом году на выставке Formnext во Франкфурте производитель лазеров Trumpf представил новый зеленый лазер TruDisk 1020, имеющий импульсную функцию, позволяющую использовать его для печати чистой меди и драгоценных металлов в сочетании с 3D-принтером TruPrint 1000 фирмы.

Зеленый дисковый лазер TruDf 1020 от Trumpf можно использовать для печати структур из дефектных материалов, таких как медь и золото. (Изображение: Трампф)

«Традиционные системы используют инфракрасный лазер в качестве источника излучения, но его длина волны слишком велика, и он не может сваривать материалы с высокой отражающей способностью, такие как медь и золото», — объяснил Томас Фен, генеральный менеджер по аддитивному производству в Trumpf. «Это можно сделать с помощью лазерного излучения в спектре зеленой длины волны». Решение подойдет для использования в машиностроении и производстве оборудования, поскольку чистая медь может использоваться для печати, в частности, проводящих индукторов и теплообменников. По словам фирмы, зеленый лазер также имеет большой потенциал для печати золота в ювелирной промышленности, поскольку он позволяет изготавливать отдельные уникальные изделия по заказу, одновременно экономя дорогостоящий материал — современные технологии фрезерования или литья сопровождаются потерей материала.

Компании: University of Twente, Demcon, Trumpf

Источник: https://www.lasersystemseurope.com/news/scientists-use-laser-technique-3d-print-structures-made-gold