铜沉积制造微小3D物体

在这些显微镜图像中显示的物体的宽度为15到35微米。相比之下，人类的头发大约只有50微米宽。Credit:苏黎世联邦理工学院/ Luca Hirt。

一种新的3-D微缩打印工艺使科学家们能够轻松地制造微小而复杂的金属部件。使用的技术是ETH研究人员多年前为生物研究设计的，现在已经被进一步开发用于一个完全不同的应用。

苏黎世联邦理工学院的科学家们开发了一种新的3D微型打印方法。这可以用来制造即使是微小的，部分悬垂结构容易和在一个步骤。有一天，这可能会为复杂的手表部件或用于锁眼手术的微型工具的制造铺平道路。

在大多数现有的3D微胶凝过程中，只能通过变通方法实现悬垂结构：在印刷过程中，预先制造的模板用作占用突出的占位符。一旦打印完成，必须删除模板。在埃尔博士生学生卢卡开发的新技术，在生物传感器和生物电形实验室的实验室中，打印头也可以打印侧面。这意味着可以在没有模板的情况下打印悬垂。

小吸管

这项新技术是对苏黎世联邦理工学院几年前开发的FluidFM系统的改进。该系统的核心是一个安装在钢板弹簧上的可移动微吸管，可以非常精确地定位。目前，FluidFM主要用于生物研究和医学;例如，对细胞进行分类和分析，并向单个细胞注入物质。三年来，该系统一直由ETH的分拆公司Cytosurge进行商业销售。

作为他在Eth苏黎世博士学论证的一部分，Luca Hirt一直在研究使用FluidFM进行印刷过程的可能性。特别是，他有兴趣利用这种技术将沉积的溶解金属和其他物质电沉积到导电基板上。

尖端的电化学反应

现在开发的系统工作如下:一滴液体被放置在一个由黄金制成的底座上。微吸管的尖端穿透液滴，作为打印头。硫酸铜溶液缓慢而稳定地流过移液管。通过使用电极，科学家在液滴和衬底之间施加电压，在吸管孔下引起化学反应。从吸液管中流出的硫酸铜发生反应，形成固体铜，沉积在基板上，形成微小的3D像素。

使用计算机来控制微移极的移动，研究人员可以通过像素和图层打印三维物体像素。该过程的空间分辨率取决于移液管孔径的尺寸，这反过来决定了铜沉积物的尺寸。目前，科学家可以生产直径从800纳米到多于五微米的单独3D像素，并且可以组合这些以形成更大的3D对象。在初始可行性研究中，创建了各种壮观的微观物体。它们包括纯净，无孔的铜，并且机械稳定，因为由Ralph Spolenak领导的科学家的研究，Zurich纳米金属教授显示。一个特别令人印象深刻的物体由三个嵌套的微孢子组成，研究人员在单一的一步和不使用模板的情况下制造。

“这种方法可用于印刷不仅铜，还可以用于其他金属，”在苏黎世的生物传感器和生物电解实验室副讲师和团体领导者。他说，液体甚至可以适用于具有聚合物和复合材料的3D印刷。

在其他3D微胶凝过程中的新方法的优点是，可以通过安装微型电箱的叶轮弹簧的偏转来测量作用在移液管的尖端上的力。“我们可以将此信号用作反馈。与其他3D打印系统不同，我们可以检测已经打印了哪些对象的区域，“Hirt说。这将使自动化打印过程更容易。

与一个副产品的成功合作

科学家们提交了该方法的专利申请。科学家们提交了该方法的专利申请。Eth衍生细胞骨尿目的现在授权了从苏黎世的eth苏黎世的方法。几年前，帕斯卡尔的Behr在Eth的流体果上发挥了关键作用。今天，他是Cytosurge的首席执行官。“我们看到了大的市场潜力印刷过程这也是我们公司进一步多元化的机会。”“我们相信在3D微缩打印中使用FluidFM的想法。现在，我们的任务是与大学和行业(例如，手表制造、医疗技术和汽车行业)感兴趣的研究人员合作，优化这一应用。”Behr看到了快速成型领域的初步应用，在该领域，使用3D打印可以快速、轻松地制造微小部件。