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研究人員開發(fā)出用于塑料金屬復(fù)合材料的多材料DLP方法

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2022年12月29日，日本早稻田大學(xué)和南洋理工大學(xué)（NTU）的研究人員開發(fā)了一種制造這些結(jié)構(gòu)的工藝，被稱為多材料DLP增材制造或MM-DLP3DP。該研究以題為“New Metal–Plastic Hybrid Additive Manufacturing for Precise Fabrication of Arbitrary Metal Patterns on External and Even Internal Surfaces of 3D Plastic Structures”的論文被發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。

相關(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c10617

研究人員進(jìn)行了一個(gè)多步驟的過程。首先，他們準(zhǔn)備了活性前驅(qū)體：即能夠被轉(zhuǎn)化為不同化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)品。他們在50毫升去離子水中使用NH4Cl，向其中加入270毫克的PdCl2。完全準(zhǔn)備好后，他們將其與其中一種光固化樹脂混合。鈀離子允許溶液中的金屬顆粒在化學(xué)鍍（ELP）中沉積：這基本上意味著金屬離子沉淀在一個(gè)預(yù)先存在的表面上，形成金屬圖案。簡而言之，這第一步包括為ELP工藝創(chuàng)造改性樹脂。

△用多材料DLP 3D打印技術(shù)制作的電鍍零件的例子。(圖片來源：早稻田大學(xué))

接下來，MM-DLP3DP工藝被用來制作樹脂或活性前驅(qū)體一起的嵌套區(qū)域的微結(jié)構(gòu)。最后，他們利用ELP對(duì)材料進(jìn)行電鍍，并添加3D金屬圖案。為了證明這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性，他們制造了一個(gè)具有雙面結(jié)構(gòu)的3D電路，該電路由一個(gè)通孔連接，還制造了一系列可與被測產(chǎn)品集成的傳感器（一般的例子是制造了一個(gè)集成溫度檢測器的溫度計(jì)）。正如他們所展示的，與多噴嘴打印相比，MM-DLP4DP具有更高的分辨率，因此可以構(gòu)建具有特殊功能的微結(jié)構(gòu)表面。

新開發(fā)的多材料數(shù)字光處理 3D 打印機(jī)用于制造包含由標(biāo)準(zhǔn)樹脂或活性前體制成的相互嵌套區(qū)域的部件。對(duì)此類零件進(jìn)行選擇性 3D ELP 加工，可提供具有復(fù)雜中空結(jié)構(gòu)的各種金屬塑料復(fù)合零件，具有特定的拓?fù)潢P(guān)系，分辨率為 40 μm。使用這種技術(shù)，傳統(tǒng)方法無法制造的 3D 設(shè)備成為可能，并且可以在塑料部件內(nèi)部制作金屬圖案，作為電子產(chǎn)品進(jìn)一步小型化的一種手段。所提出的方法還可以生成表現(xiàn)出改性金屬對(duì)基材的附著力的金屬涂層。

研究人員希望這種方法可以應(yīng)用于電子領(lǐng)域，包括傳感器和機(jī)器人以及可穿戴設(shè)備，因?yàn)榧芍圃炜梢詼p少錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。主要作者早稻田大學(xué)的Shinjiro Umezu和Kewei Song教授以及新加坡NTU的Hirotaka Sato教授這樣說。"機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正在以閃電般的速度發(fā)展。因此，制造它們的技術(shù)也必須隨之發(fā)展。"

在增材制造領(lǐng)域，復(fù)合材料是相當(dāng)普遍的，是在制造產(chǎn)品之前改善材料特性的一種方式。常見的例子包括碳纖維和凱夫拉爾。然而，樹脂-金屬復(fù)合材料的開發(fā)是相當(dāng)新穎的。今年7月，南佛羅里達(dá)大學(xué)（USF）電子工程系的研究人員開發(fā)了一種在織物上打印銅的方法，以制作可穿戴的織物。這些項(xiàng)目的潛力是顯而易見的，大規(guī)模實(shí)現(xiàn)只是一個(gè)時(shí)間問題。