近日,中國科學院理化技術研究所低溫生物與醫學實驗室首次提出“液態金屬懸浮3D打印”的概念和方法,可在室溫下快速制造具有任意復雜形狀和結構的三維柔性金屬可變形體,并用于組裝立體可拉伸電子器件。相關研究成果作為封面文章發表在Advanced Materials Technologies上。
在題為Suspension 3D Printing of Liquid Metal into Self-healing Hydrogel的論文中,研究組將性質介于固體與液體之間且具有自恢復特性的水凝膠引入作為透明支撐介質,創建并證實了液態金屬懸浮3D打印成形方法,克服了液態金屬墨水表面張力高、粘度低易于流動、重力大等帶來的技術挑戰。在整個制造過程中,水凝膠可在屈服液化與快速凝固狀態之間自由轉換,對金屬液滴的粘滯力極高,隨著打印噴頭與凝膠之間的相對運動,由噴頭擠出的金屬液滴會隨即發生頸縮行為并與噴頭分離,繼而被支撐凝膠包裹、粘滯和固定。通過金屬微球沿規劃路徑的逐層堆積,可最終形成預期的三維結構;打印精度可由針頭尺寸、打印速度、凝膠環境等予以調控。凝膠和液態金屬均為柔性物質,由此構成的立體電子器件可實現拉伸及變形。該項研究突破了傳統剛體結構成形模式與3D打印范疇,在不定形柔性電子器件、智能系統快速制造乃至可變形4D打印等方面具有重要價值。
研究團隊在Materials & Design上發表的題為3D Printing for Functional Electronics by Injection and Package of Liquid Metals into Channels of Mechanical Structures的研究中,科研人員建立了制造三維柔性電子結構的混合加工方法:先采用3D打印工藝制備出內含中空微流道的柔性基體,再向流道中充注液態金屬,由此構建柔性電子器件。系列試驗揭示出關鍵工藝參數對器件成形質量的影響規律。此項工作實現了功能電子器件的直接打印與封裝,有助于柔性電子的普及應用。
該小組此前發表在Rapid Prototyping Journal上的題為Direct 3D Printing of Low Melting Point Alloy via Adhesion Mechanism的論文中,通過引入金屬液滴黏附成型機制,展示了利用桌面級3D打印機在室溫下直接制造低熔點金屬構件的方法。通過與澆鑄零件的機械及電學性能進行對比,揭示出低熔點金屬3D打印件在力學與導電行為方面的優勢。此技術未來可拓展至基于多噴頭的金屬、非金屬復合打印工藝,實現三維立體電路的一體化成形及封裝。
上述有關工作的平臺搭建及測試得到北京夢之墨科技有限公司的技術支持與協助。近期,雙方基于前期積累,合作研發出全球首款商用液態金屬混合3D打印設備,實現了金屬/非金屬材質的一體化混合立體成型,讓增材制造技術從結構制造向功能制造邁出了一大步,相應裝備在3D電子器件、智能機器、射頻通信、科研教學等領域有廣泛應用價值。
以上系列新穎3D打印方法的建立與原創性硬件裝備的研制工作,再次彰顯了液態金屬先進材料在快速制造柔性功能電子器件方面所蘊藏著的獨特優勢和普適價值,是對增材制造技術理念的重要革新與拓展。研究工作得到中科院前沿科學與教育局以及北京市科委項目的資助。
近日,上海交通大學材料科學與工程學院教授鄧濤團隊、副研究員尚文團隊等通過構建微米玻璃球陣列支撐的液態金屬柔性密封復合材料,解決了傳統封裝材料無法同步兼顧可拉伸和高氣密性的難題。這項研究于2月3日發表于......
“WestlakeProteomicsSeries”(WeOmics)系列研討會由西湖大學Guomics實驗室,西湖實驗室iMarker實驗室,CN-HUPO,TheProteomicNavigato......
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近日,美國加州理工學院(Caltech)科研人員開發出一種水基化學3D打印技術,能夠打印單一金屬或多金屬合金,在一些條件下分辨率可比現有技術高出一個數量級。該技術先以3D打印水凝膠作為支架,然后將溶解......
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在此次研究中,研究團隊使用了連續數字光處理3D打印技術,利用紫外線光束在光敏樹脂溶液中雕刻形成3D結構。除了在打印方式上創新,研究團隊還對打印所需的墨水進行了大膽革新。研究結果表明,連續數字光處理3D......
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近日,藥物3D打印專業公司三迭紀與德國默克在美國醫藥專業媒體Pharma’sAlmanac發表聯合署名文章AdvancingExtrusion-Based3DPrintingforDrugProduc......
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植入生命體的電子器件,可以是柔軟而有溫度的。記者從西湖大學工學院獲悉,該院特聘研究員周南嘉團隊開發了一種水凝膠支撐基質和一種銀-水凝膠復合導電墨水,在全球范圍內首次通過3D打印制備出封裝內部電路的一體......