據(jù)最新一期《先進(jìn)材料》雜志報(bào)道，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種全新3D打印技術(shù)，利用普通水凝膠“生長”出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度高、密度大的金屬與陶瓷部件，突破了傳統(tǒng)光固化立體打印僅能通過感光聚合物的限制。同時(shí)，研究還提出了一種新的增材制造理念，即在3D打印之后而非之前選擇材料。
現(xiàn)有將聚合物轉(zhuǎn)化為金屬或陶瓷的技術(shù)，往往會(huì)導(dǎo)致材料多孔、強(qiáng)度不足，而且部件會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重收縮，導(dǎo)致變形。為克服這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)提出了獨(dú)特的解決方案，即先打印形狀，再?zèng)Q定材料。
他們首先使用水凝膠打印出一個(gè)三維支架。隨后，將這一“空白”結(jié)構(gòu)浸入含金屬鹽的溶液中，使金屬離子滲透并在化學(xué)反應(yīng)下轉(zhuǎn)化為分布均勻的金屬納米顆粒。這個(gè)過程可重復(fù)多次，最終獲得金屬含量極高的復(fù)合材料。
經(jīng)過5—10輪這樣的“生長循環(huán)”后，研究人員最后通過加熱燒除剩余的水凝膠，留下的便是最終產(chǎn)物，這是一種保持原始形狀、但密度與強(qiáng)度前所未有的金屬或陶瓷結(jié)構(gòu)。
在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)成功打印出由鐵、銀和銅構(gòu)成的復(fù)雜數(shù)學(xué)晶格結(jié)構(gòu)——旋面體。這種結(jié)構(gòu)兼具高比強(qiáng)度和復(fù)雜幾何特征，是航空航天和能源器件中理想的設(shè)計(jì)形態(tài)。測試結(jié)果顯示，新材料可承受的壓力是傳統(tǒng)方法制備材料的20倍，收縮率僅為20%，遠(yuǎn)低于以往的60%—90%。
團(tuán)隊(duì)指出，這項(xiàng)技術(shù)特別適用于制造兼顧輕量化與高強(qiáng)度，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的三維器件，如傳感器、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存裝置等。此外，該技術(shù)還可用于制造具有高比表面積、散熱性能優(yōu)異的金屬結(jié)構(gòu)，用于能源技術(shù)領(lǐng)域。
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