Gouden microjuweeltjes uit de 3D printer

Dankzij een lasertechniek die ultrakleine metaaldruppels afschiet, is het mogelijk om druppel voor druppel driedimensionale structuren te printen in puur goud. En dat niet alleen in eenvoudige stapelingen, zoals pilaartjes, maar ook voor complexe overhangende structuren zoals een helix van enkele micrometers. Dit maakt het mogelijk om nieuwe 3D componenten te printen met micrometer afmetingen, voor bijvoorbeeld elektronica of fotonica.

Door een ultrakorte groene laserpuls te ‘schieten’ op een metalen nanolaag, smelt een klein druppeltje dat zich vervolgens losmaakt, naar zijn doel vliegt, en ter plekke weer stolt. Met deze techniek, laser-induced forward transfer (Lift), bouwden onderzoekers van de Universiteit Twente druppel voor druppel een structuur met afwisselend koperen en gouden microdruppels. Het koper fungeert als daarbij ondersteuning voor het goud. Ze hebben al een geprinte helix gemaakt, die als mechanisch veertje kan dienen, of als elektrische spoel. De gouden helix wordt geprint met koper eromheen. Dit koperen boxje zorgt er onder meer voor dat een gouddruppel een nieuwe winding gaat vormen en niet op een onderliggende winding van de helix valt. Na het opbouwen van de helix, druppel voor druppel en laag voor laag, wordt het koperen boxje chemisch weggeëtst. Wat overblijft is een puur gouden helix van nog enkele tientallen micrometers.

De uiteindelijke helix. Afbeelding c is een bovenaanzicht dat laat zien dat de structuur middenin hol is. In afbeelding b is de helix nog ingebouwd in het koperen ‘boxje’.

 

Geen vermenging

Het volume van de metaaldruppels is slechts enkele femtoliters (10-15 liter). Dat betekent dat ze een diameter hebben van iets meer dan een micrometer. Omdat de structuur ‘druppel voor druppel’ wordt opgebouwd heeft het oppervlak een ruwheid, tussen 0,3 tot 0,7 micrometer.

Ook voor biomaterialen

De onderzoekers wilden weten of het koper en goud zouden mengen tijdens het printen. Dit zou immers gevolgen hebben voor de kwaliteit van het geëtste product. Uit het onderzoek blijkt dat er geen menging plaatst vindt. De Lift-techniek kan worden ingezet bij andere (combinaties van) metalen, in 3D elektronica, microsensoren, fotonica of voor biomedische technieken.