Новый процесс позволяет печатать на 3D-принтере наномерные металлические структуры

Методика, созданная в Калифорнийском технологическом институте, впервые позволила создавать сложные наномерные металлические структуры с помощью 3D-принтера.

Процесс, после доработки, может использоваться в различных сферах: от изготовления миниатюрных медицинских имплантатов, до создания трехмерных логических цепей для компьютерных микросхем и легких компонентов самолетов. Он также открывает двери для производства нового класса материалов с необычными свойствами, основанными на внутренней структуре. Технология описана в статье Nature Communications.

Открытие было сделано группой профессора Джулии Грир – пионера в области 3D-печати или послойного производства. Ученые работали с широким спектром материалов, но сталкивались со сложностями при манипуляциях с металлами. Из последних было очень трудно напечатать структуры с размерами элементов менее 50 микрон.

«Металл не реагирует на свет так, как полимерные смолы, используемые для создания наноконструкций, — объяснила Грир. – В нем невозможна реакция, запускаемая светом и ведущая к затвердению полимера».

Решение нашел аспирант профессора, Андрей Вятских. Он использовал органические лиганды, присоединяющиеся к металлу молекулы. В результате специалист получил смолу, преимущественно состоящую из полимера, но содержащую достаточно металлических частиц, которые можно напечатать, как каркас.

В описанном в статье эксперименте автор соединил никель и органические молекулы, создав смесь, напоминающую сироп от кашля. Смоделировав на компьютере структуру, исследователи воссоздали ее, убирая из смолы жидкость двухфотонным лазером. Он усилил связи между органическими молекулами, превратив их в строительные блоки конструкции. Так как частицы крепились и к атомам никеля, последний интегрировался в структуру. Команда смогла напечатать трехмерное изделие, изначально состоявшее из неметалла и металлических ионов. Затем Вятских поместил его в духовке, где структура медленно нагревалась в вакууме до 1000°С. Этого недостаточно для плавления никеля, но хватает для испарения органики. В результате остался только металл, частицы которого соединились путем пиролиза. Испарение привело к сжатию структуры на 80% без потери формы и пропорций.

Грир с Вятских продолжают улучшать технологию, устраняя недостатки. Они надеются расширить ее применение на другие формы и материалы.