借助中空AFM懸臂梁實(shí)現(xiàn)亞微米-亞毫米金屬微結(jié)構(gòu)的增材制造

目前，微米尺度金屬結(jié)構(gòu)的增材制造主要采用三種策略：微立體光刻模板的金屬化、金屬材料的轉(zhuǎn)移-燒結(jié)以及原位金屬合成。其中，基于金屬離子局部電化學(xué)還原反應(yīng)的電化學(xué)沉積3D打印技術(shù)采用原位金屬合成的方式，無需進(jìn)行任何后處理。該技術(shù)使用金屬鹽溶液作為原料，在打印過程中，金屬鹽溶液通過打印噴嘴噴射到導(dǎo)電基底上，當(dāng)溶液接觸到基底時(shí)，金屬離子發(fā)生還原反應(yīng)形成金屬沉積層。

本研究論文介紹了一種基于力學(xué)控制的金屬電化學(xué)沉積3D打印技術(shù)，該技術(shù)采用中空原子力顯微鏡(AFM)懸臂梁在標(biāo)準(zhǔn)三電極電解池中局部噴涂金屬離子，從而發(fā)生局部電鍍反應(yīng)。中空懸臂梁偏轉(zhuǎn)反饋信號(hào)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體素的生長，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印過程的自動(dòng)化；而且該技術(shù)無需進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)，可在導(dǎo)電基底任意位置進(jìn)行打印。基于以上優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)可自動(dòng)成型任意形狀的3D結(jié)構(gòu)。研究人員利用該技術(shù)打印了兩個(gè)不同比例的大衛(wèi)雕像銅復(fù)制品。雖然銅是最合適的電沉積金屬，但該技術(shù)同樣適用于可宏觀電鍍的所有金屬。

圖1. 基于力學(xué)控制的電化學(xué)沉積3D打印技術(shù)制備兩個(gè)并排支柱的示意圖

圖2. 比例為1:10000和1:70000的大衛(wèi)雕像復(fù)制品的SEM圖。a-c：比例為1:10000、高度為700μm的復(fù)制品；圖a插圖、圖b插圖及d圖：比例為1:70000、高度為100μm的復(fù)制品