Categories: Actueel

3D-printen met goud en koper

3D-printen is nog steeds volop in opmars. Het wordt soms zelfs de nieuwe hoeksteen van de maakindustrie genoemd. Toch is er nog een grote slag te slaan in de 3D-printtechnieken. Momenteel worden er bijvoorbeeld vrijwel alleen plastics gebruikt. Dat is jammer, want metalen zijn een stuk steviger. Daarnaast kunnen metalen goed warmte en elektriciteit geleiden, waardoor met deze materialen geheel nieuwe onderdelen en devices uit de 3D-printer kunnen rollen, zoals kleine koelers of verbindingen tussen gestapelde chips in smartphones.

Het probleem is dat metalen een hoog smeltpunt hebben. Zelfs met geavanceerde apparatuur is het smelten en gecontroleerd deponeren van deze materialen daarom zeer uitdagend. Vooral voor kleine structuren (van 100 nanometer tot 10 micrometer) bestonden er nog geen goede oplossingen voor dit probleem.

Onderzoekers van FOM en de Universiteit Twente hebben nu een belangrijke stap gezet richting de oplossing. Zij gebruikten laserlicht om koper en goud te smelten tot microdruppels en deze gecontroleerd neer te leggen. Hierbij wordt een gepulste laser op een metaallaagje gefocust, dat vervolgens smelt en vervormt tot een druppel. De onderzoekers plaatsen de druppel vervolgens op een grondlaag. Door dit herhaaldelijk te doen kan er worden geprint. De onderzoekers stapelden bijvoorbeeld duizenden druppels tot micropilaren met een hoogte van 2 millimeter en een diameter van 5 micrometer. Ook printten zij  verticale elektrodes in een holte, en maakten zij lijnen van koper. Door de locatie van de druppelinslag slim te kiezen, kunnen er in feite willekeurige vormen worden geprint.

Hoge energie

Voor deze techniek moesten de onderzoekers een verrassend sterke laser gebruiken. De energie van het laserlicht verhoogt de snelheid van de druppels, waardoor deze bij neerkomst op de ondergrond vervormen tot een schijf of pannenkoekvorm, en vervolgens zo stollen. Bij eerdere pogingen gebruikten fysici vaak lage laserenergieën. Hiermee kunnen de apparaten wel kleinere druppels printen, maar de stolling is altijd bolvormig, wat een nadelige invloed heeft op de stevigheid van de geprinte structuur.

In hun artikel in Advanced Materials leggen de onderzoekers uit welke snelheid nodig is om de gewenste druppelvorm te bereiken. Zij hadden deze snelheid eerder al theoretisch voorspeld, voor verschillende laserenergieën en metalen. Dit betekent dat de resultaten nu ook kunnen worden vertaald naar andere materialen.

                                                                         

Een probleem is nog dat de hoge laserenergie ook leidt tot druppels die naast de gewenste locatie op de grondlaag landen. Dat is momenteel nog niet te voorkomen. In toekomstig werk zal het team dit effect onderzoeken, om daarmee schoon printen met metalen, gels, pasta’s, of extreem dikke vloeistoffen mogelijk te maken.

Towards 3D Printing of Pure Metals by Laser-Induced Forward Transfer, Advanced Materials.

Video: Het opstapelen van microdruppels leidt tot een pilaarvorm.

Redactie Engineersonline

Recent Posts

Nieuwe isolatieweerstandstesters van Fluke 1535 i 1537

Megaohmmeters op batterijen. Het aanbod werkplaatsuitrusting van TME omvat onder meer professionele apparaten van Fluke.…

4 dagen ago

Op het juiste niveau: innovatie door de HCX oliepeilglazen-serie

De HCX oliepeilglazen van Elesa+Ganter bieden een geavanceerde oplossing voor industrieel onderhoud en productie. Deze…

4 dagen ago

Fusie-energieapparaat bereikt temperatuur van 37 miljoen graden

Een kleinschalig en compact apparaat, Fuze, gebouwd door de Amerikaanse startup Zap Energy heeft plasma…

5 dagen ago

Festo BionicBee  vliegt autonoom in een zwerm

Al 15 jaar is het Festo Bionic Learning Network gefascineerd door vliegen. Het team heeft…

5 dagen ago

Het eind van de kwantumtunnel

Kwantummechanische verschijnselen zoals radioactief verval, of algemener: ‘tunnelen’, vertonen intrigerende wiskundige patronen. Twee onderzoekers aan…

5 dagen ago

Nanofotonische glasvezelsensor-oplossing om het ultrakleine te detecteren

Een nieuwe ultragevoelige glasvezelsensor kan deeltjes met een diameter tot 50 nanometer detecteren. In de…

5 dagen ago