苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和南洋理工大学 (NTU) 的研究人员开发了一种新的3D打印技术，能够生产纳米级金属部件。

基于电化学方法，该工艺可用于制造直径小至25纳米的铜物体。作为参考，人类头发的平均直径约为75微米，而这种铜物体的直径时是人类头发的1/3000。

据Dmitry Momotenko博士领导的研究小组称，这种3D打印技术将在微电子、传感器和电池技术方面具有潜在应用。

使电镀适应增材制造

ETH/NTU纳米打印方法实际上基于电镀工艺，这是制造业中使用的一种金属涂层技术。为了电镀零件，制造商将带正电的金属离子悬浮在盐溶液中，然后将带负电的电极添加到该液体溶液中，使离子与电极中的电子结合并形成中性金属原子。原子作为涂层沉积在电极上，并在表面上缓慢形成固体层。

Momotenko博士补充说：“在这个过程中，固体金属是由液体盐溶液制成的——电化学家可以非常有效地控制这个过程。”

纳米打印过程在完全相同的前提下运行，即使用微型移液器将带正电荷的铜离子沉积到带负电荷的打印表面上。在这种情况下，该团队使用了仅1.6纳米宽的喷嘴尖端，这意味着一次只能通过两个铜离子。这与几个电化学打印参数相结合，使团队能够密切控制打印结构的直径。该论文报告说，最小的打印物体只有25纳米宽（195个铜原子）。

另一方面，传统的粉末基金属3D打印机通常只能达到微米级分辨率，这仍然是目前研究中的分辨率的数千倍。
“我们正在研究的技术结合了两个领域——金属打印和纳米级精度。”Momotenko博士解释道。

金属3D纳米打印的应用

有趣的是，Momotenko博士的团队发现他们的3D打印过程能够制造各种各样的物体类型，包括垂直结构、水平结构、倾斜甚至螺旋。这种强大的方法适用于一系列新颖的应用，例如更高效的储能设备、微电子，甚至用于化学生产目的的3D打印催化剂。

就未来的工作而言，研究人员目前正致力于将该技术应用于3D打印更紧凑的锂离子电池。这些设计的特点是增加了电极的表面积，缩短了电极之间的距离，所有这些都是为了加快充电过程。

该研究的更多细节可以在题为“将电化学三维打印带入纳米级”的论文中找到。

延伸阅读
3D打印领域常常出现一些具有创新性的技术。10月，英国拉夫堡大学的研究人员开发了一种称为材料处理挤出增材制造 (MaTrEx-AM) 的混合制造方法，它使用丙酮来增强3D打印零件的结构。

通过改变丙酮的用量和使用位置，制造商可以控制零件变形，从而创造出具有新的机械性能的零件。同时，这种制造方法还可实现4D打印，实际应用包括用于头盔衬垫的4D晶格，以避免撞击伤害或作为生物医学植入物。
研究团队成员Andy Gleadall 博士说：“3D打印是一层一层地增加材料的，有点像你把很多木头横着叠在一起时看到的一样，层与层之间存在几何缺陷，不同材料之间的结合可能不如纯聚合物那样好，MaTrEx-AM对于那些容易在打印过程中变形的零件将有巨大价值。”

“机械性能随时间变化的特性意味着MaTrEx-AM为材料性能增加了一个新的维度，现场混合处理实现了4D打印。” Gleadall 博士补充说。

在德国Fraunhofer IWS研究所，来自德国和以色列的科学家正在联合测试一种用于工业加工的新型激光器。以色列Civan Lasers公司的这台13kW “动态光束”激光器将数十个单独的光束组合成高质量的强大激光束。通过部分光束中波谷和波峰的小相移（光相控阵），激光器可以在激光束中快速生成不同的能量分布模式，而典型激光器仅在光束中心聚焦能量。新激光器系统可在工件上产生例如环形、八字形或马蹄形的能量聚焦模式。

要想达到新系统同样的能量分布模式，过去往往需要通过光束偏转光学器件或快速振荡反射镜实现。但即使是最快的振荡反射镜，仍然需要几毫秒时间重新调整激光束的能量模式。研究团队的测试内容包括评估将动态光束整形用于金属增材制造的可能性。作为“ShapeAM”项目的一部分，研究人员测试新激光器系统以实现材料特性的改进。

具体而言，研究团队的目标是钛、铝合金的增材制造，这些材料将应用于航天器部件、植入物和汽车轻量化部件。测试过程中，Civan Lasers公司计划使用动态光束整形技术消除工艺加工中可能出现的缺陷，从而获得更高质量的3D打印效果。公司首席执行官Eyal Shekel博士表示，“ShapeAM项目使我们能够探索动态光束整形在金属增材制造中的优势。”

可以预见的是，新型激光器在增材和连接工艺中将实现对熔池表面和熔池深度的快速精确控制。研究团队期待在无毛刺切割和高边缘质量方面，新型激光器能继续显现出激光切割的优势。他们估计，与传统光纤激光器相比，“动态光束”激光器的加工速度可以提升两倍。