Новый металлический гель добавляет четвертое измерение в 3D-печать

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам PDF-версию книги «Новый металлический гель добавляет четвертое измерение в 3D-печать»

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новый электропроводящий металлический гель, который можно использовать с 3D-принтерами коммерческого уровня. Помимо проведения электричества, новый материал для печати также реагирует на тепло при высыхании, а это означает, что он может печатать в четвертом измерении – во времени. Статья, подробно описывающая использование этого проводящего геля в 3D- и 4D-печати, была опубликована в журнале Matter.

3D-печать открыла совершенно новый мир возможностей. Дизайнерам стало проще, чем когда-либо, создавать и тестировать прототипы своих продуктов, художникам создавать индивидуальные формы, а преподавателям создавать модели и диорамы для своей аудитории.

Но 3D-печать, по крайней мере на простых машинах, доступных для домашнего использования, в основном ограничивалась пластиком. Металлы можно печатать на 3D-принтере, но этот процесс гораздо сложнее. Теперь исследователи разработали новый металлический гель, который совместим с обычными печатными соплами при комнатной температуре.

«3D-печать произвела революцию в производстве, но нам неизвестны предыдущие технологии, которые позволяли печатать 3D-металлические объекты при комнатной температуре за один этап», — говорит Майкл Дики, соавтор статьи и книги Камиллы и Генри Дрейфус. Профессор химической и биомолекулярной инженерии Университета штата Северная Каролина. «Это открывает двери для производства широкого спектра электронных компонентов и устройств».

Подпишитесь на ежедневный информационный бюллетень Technology Networks, чтобы каждый день доставлять последние научные новости прямо на ваш почтовый ящик.

Создание геля начинается с раствора микронных частиц меди, взвешенных в воде. После добавления небольшого количества жидкометаллического сплава индия и галлия и тщательного перемешивания частицы жидкого металла и меди начинают слипаться друг с другом таким образом, что образуют металлическую гелевую «сетку» внутри водного раствора.

«Эта гелеобразная консистенция важна, потому что она означает достаточно равномерное распределение частиц меди по всему материалу», — говорит Дики. «Это дает две вещи. Во-первых, это означает, что сеть частиц соединяется, образуя электрические пути. А во-вторых, это означает, что частицы меди не оседают в растворе и не засоряют принтер».

Благодаря конструкции с металлическими частицами в суспензии новый гель также обладает некоторыми интересными свойствами, которые можно использовать для печати более новых структур.

Как сообщают исследователи в своей новой статье, применение тепла к напечатанному гелем объекту во время его высыхания создает значительное напряжение внутри материала. Напряжение, вызванное этим ускоренным испарением воды, настолько велико, что со временем может вызвать дополнительные изменения формы, что фактически представляет время как четвертое измерение в процессе печати.

«В конечном счете, такого рода четырехмерная печать – традиционные три измерения плюс время – является еще одним инструментом, который можно использовать для создания структур желаемых размеров», – говорит Дики. «Но что нам больше всего интересно в этом материале, так это его проводимость».

«Поскольку напечатанные объекты на 97,5% состоят из металла, они обладают высокой проводимостью. Очевидно, что он не такой проводящий, как обычный медный провод, но медный провод невозможно напечатать на 3D-принтере при комнатной температуре. И то, что мы разработали, обладает гораздо большей проводимостью, чем все остальное, что можно напечатать. Мы очень рады этим приложениям».

Чтобы продемонстрировать это, исследователи использовали металлический гель, чтобы напечатать «проводящего паука». Напечатанные на плоской поверхности, исследователи увидели, как паук медленно начал подниматься и собираться во время высыхания при нагревании. Полученная структура сохранила свою проводимость, будучи способной зажечь два светодиодных «глаза» при подключении к 6-вольтовой батарее.