比3D打印筆還牛的哈佛新技術 在空中繪制“3D金屬對象

對于3D打印筆，大家應該都不陌生了，3D打印筆的神奇曾讓筆者第一次見識的時候張大嘴巴。現如今，隨著科技的不斷發展，3D打印技術正在穩步向前推進，哈弗現在又讓我們對3D打印技術有了新的認識，那就是空中3D打印金屬對象.它的神奇之處在于，其一，在空中進行3D打印，其二，3D打印出來的對象是金屬。金屬哦，這可不是普通3D打印就能搞定的事情，往專業了說，得用專業的金屬3D打印機才能搞定的事情，一起來看看有多神奇吧。

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日前，哈佛大學下屬的Wyss生物工程研究所John A. Paulson工程和應用科學院（SEAS）的科學家們開發出了一種3D打印復雜金屬對象的新技術，這種技術能夠像3D打印筆那樣在空中直接“繪制”3D金屬對象。

這是一種激光輔助的直接墨水書寫技術，目前與之相關的研究論文已經于2016年5月16日被在線發表在了《美國國家科學院學報（Proceedings of the National Academy of Sciences）》上。據了解，該技術可以在沒有任何輔助支撐材料的情況下一步打印出獨立的微觀金屬3D結構。據了解，這項研究的負責人是Wyss研究所的Jennifer Lewis教授，她同時也是SEAS的Hansj?rg Wyss生物工程教授。

“我對自己實驗室里獲得的最新研究進展真的很興奮，它能夠使我們“快速”（on-the-fly，又有在空中之意）3D打印、退火柔性金屬電極和復雜的對象。”Lewis教授說。

據悉，Lewis的團隊在這項技術中使用的是一種含有納米銀粒子的墨水，這種墨水被送至打印噴嘴處，然后研究人員使用一種經過編程的激光在其剛剛擠出時對其進行退火，該激光的強度經過專門計算，剛剛能夠導致該墨水的固化。此外，其打印噴嘴沿X、Y和Z軸移動，

結合旋轉的構建平臺，可以實現任何曲率的自由曲面。通過這種方式，微型的半球、螺旋圖案、甚至由頭發絲寬的銀質導線組成的一只蝴蝶可以在幾秒鐘內被打印出來。而且打印的導線表現出了優良的導電率，幾乎可以與散裝銀相匹配。

據傳統上用于制備導電金屬結構的3D打印技術相比，激光輔助直接墨水書寫技術不僅在一步打印曲線和復雜的線形圖案的能力上更加出色，而且具有感應本地激光加熱的能力，可以將導電銀導線直接打印在低成本的塑料基材。

根據這項研究的第一作者，Wyss研究所的博士后研究員Mark Skylar-Scott稱，這項技術最大的挑戰在于如何優化激光與噴嘴間隔的距離。

“在打印期間，如果激光太接近噴嘴的話，熱能會上溯從而導致固化的墨水堵塞噴嘴。”kylar-Scott說：“為了解決這個問題，我們根據給定銀線圖案的溫度分布生成了一個熱傳導模型，并通過這個模型來調節打印速度和和噴嘴與激光的距離，從而可以精確地控制“空中”的打印過程。”

最終的結果是該技術不僅能夠制造出各種金屬的曲線、螺旋，以及尖銳的轉角，并且可以直接用銀墨水在稀薄的空氣中“書寫”，從而為那些依賴于定制化的金屬結構的電子和生物醫學設備帶來了無限的可能。

除了Lewis 和 Skylar-Scott,之外，Suman Gunasekaran也是本研究的一位合著者。Gunasekaran是在SEAS學習化學和物理學的一位本科研究員。這樣研究得到了美國能源部、科學辦公室和基本能源辦公室的支持。

本文部分內容源于天工社

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