3D-печать крошечных деталей

29.12.2022

Инженеры из Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали новый метод трехмерной печати чистыми металлами или сплавами, позволяющий получить разрешающую способность в 40 микрон, что в некоторых случаях на порядок превосходит возможности других подобных технологий. Процесс, который является чем-то вроде симбиоза химии и 3D-печати, позволит изготавливать детали для крошечных MEMS-устройств (microelectronic mechanical systems), которые широко используются в космической, транспортной технике, биомедицинском оборудовании и во многих других вещах.

Традиционный процесс 3D-печати заключается в укладке материала слой за слоем. Это, в свою очередь, допускает возможность создания таких форм, которые невозможно получить традиционными способами механической обработки. В промышленных процессах 3D-печати металлом используется лазер, луч которого плавит металлический порошок в строго заданной точке, и наилучшие из таких методов могут обеспечить сейчас разрешающую способность в 100 микронов.

Здесь проблема заключается в том, что некоторые из металлов, медь и серебро, к примеру, имеют столь высокую теплопроводность, что даже при качественной фокусировке луча лазера тепло распространяется и плавит металлический порошок вокруг заданной точки, что снижает разрешающую способность процесса печати.

В новом процессе печати вместо чистых металлов в виде порошка, процесс производится в объеме, заполненном специальным гидрогелем. Этот материал представляет собой основу из гибких полимерных цепочек, промежутки между которыми заполнены водой. Только в данном случае эта вода содержит еще высокую концентрацию солей металла, из которого и будет состоять конечный печатаемый объект.

Далее все происходит как при обычном методе лазерной печати пластиком. Свет ультрафиолетовых лазеров, сфокусированных в заданной точке, вызывает полимеризацию, полимерные молекулы в этой точке связываются друг с другом и приобретают жесткость. И так, последовательно обрабатывая лазером гидрогель слой за слоем, формируется структура будущего объекта.

После этого обработанный лазером материал подвергается термической обработке при температурах от 700 до 1100 градусов в зависимости от материала печати. Температура выбрана так, чтобы она была чуть-чуть ниже точки плавления используемого металла или сплава, при этом, гидрогель начинает выгорать, и в местах его полимеризации формируются нити из частичек металла, которые сплавляются друг с другом. Более того, процесс выжигания гидрогеля реализован так, что металл из неполимерезованных областей оседает на уже образовавшихся металлических цепочках, укрепляя и уплотняя их таким образом.

Используя такой способ, калифорнийские исследователи напечатали различные объекты из чистой меди, никеля, серебра и сплавов нескольких типов в качестве демонстрации возможностей новой технологии. И сейчас специальный отдел Калифорнийского технологического института уже зарегистрировал компанию под названием 3D Architech, которая займется патентованием, дальнейшим совершенствованием, коммерциализацией и лицензированием новой технологии трехмерной печати.

<< Назад: Старые деревья более устойчивы к засухе 30.12.2022

>> Вперед: Влияние мультфильмов на психику детей 29.12.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Краски из природных кристаллов дают яркий цвет без токсичных пигментов 05.09.2026

Яркие цвета окружают человека повсюду - от лакокрасочных покрытий и тканей до косметики и декоративных материалов. Однако многие привычные красители постепенно разрушаются под воздействием солнечного света, из-за чего поверхность теряет первоначальную насыщенность. Кроме того, некоторые синтетические пигменты содержат токсичные соединения и тяжелые металлы. Исследователи Северо-Восточного университета предложили альтернативный подход, вдохновленный природой, где насыщенные и устойчивые цвета формируются не за счет химических красителей, а благодаря микроскопической структуре материала. Именно такой механизм отвечает за характерное сияние опалов, переливы павлиньих перьев и яркие оттенки крыльев некоторых бабочек. В данном случае цвет возникает не потому, что вещество поглощает определенные длины волн света, а благодаря взаимодействию света с особым расположением мельчайших кристаллов. Они преломляют и отражают свет, вызывая интерференционные эффекты, в результате чего формируются на ...>>

Адаптивный полупроводник программируется светом 05.09.2026

Традиционный подход к развизвитю электроники имеет естественные ограничения: уменьшение размеров элементов становится сложнее, а их характеристики после изготовления практически невозможно изменить. Исследователи инженерного факультета Принстонского университета предложили иной путь. Вместо дальнейшего миниатюризирования существующих компонентов они разработали сверхтонкий полупроводниковый материал, способный менять свои свойства под воздействием света. Новый материал имеет толщину всего в несколько молекул, но при этом обладает необычной способностью многократно перестраивать свои электрофизические характеристики. Обычные полупроводники, применяемые в компьютерах и бытовой электронике, в основном получают заданные свойства еще на этапе производства и затем реагируют на поступающие электрические сигналы. Разработка специалистов из Принстона ведет себя иначе: ее параметры можно изменять уже после изготовления устройства. Секрет такой адаптивности заключается в сочетании сверхтонк ...>>

Нанопокрытие может помочь сохранить воду в озерах и водохранилищах 04.09.2026

Испарение представляет собой одну из наиболее заметных причин потери запасов пресной воды, особенно в регионах с жарким и сухим климатом. По мере повышения температуры эта проблема становится еще более актуальной: вода из озер, дамб и искусственных водохранилищ быстрее переходит в атмосферу, сокращая объем ресурсов, доступных для населения, сельского хозяйства и промышленности. Один из возможных способов замедлить этот процесс предложил физик Даниэль Кваси Кпегло, недавно получивший степень PhD по физике. Разработанная им концепция предполагает использование очень тонкого плавучего покрытия из наноматериала. Предполагается, что такой слой будет располагаться непосредственно на поверхности воды и выполнять роль своеобразного защитного "одеяла". Его задача заключается в ограничении количества инфракрасного теплового излучения Солнца, достигающего поверхности водоема, благодаря чему вода должна нагреваться медленнее и испаряться в меньшем объеме. Проблема, которую пытается решить ис ...>>

Линейная оптика Vossloh-Schwabe с равномерным освещением без бликов 04.09.2026

Плоские светильники должны одновременно обеспечивать высокую яркость, равномерное освещение и компактные размеры. При этом одна из главных технических проблем заключается в необходимости распределить свет от множества светодиодов так, чтобы на поверхности не появлялись яркие пятна и участки с недостаточной освещенностью. Компания Vossloh-Schwabe предлагает решить эту задачу с помощью специальной линейной оптики, предназначенной для светодиодов SMD W2. Оптика 1R разработана таким образом, чтобы формировать однородную яркость без бликов и одновременно уменьшать необходимую высоту светильника. Ее конструкция позволяет эффективнее использовать световой поток светодиодов, что особенно важно при создании тонких плоских осветительных систем. Оптическая эффективность достигает 96%, поэтому большая часть излучения направляется на рабочую поверхность, а потери света остаются минимальными. Главная особенность 1R - широкая фотометрическая диаграмма в форме так называемого "крыла летучей мыши ...>>

Теплицы будущего: ранняя диагностика растений и роботизация производства 03.09.2026

Современная теплица постепенно превращается из обычного сооружения для выращивания растений в высокотехнологичную производственную систему. Камеры, сенсоры и роботизированные платформы позволяют получать значительно больше информации о состоянии культуры и использовать ее для принятия решений. Однако само наличие большого количества датчиков еще не гарантирует практической пользы: важно понимать, насколько точны их показания, удобно ли устанавливать оборудование и действительно ли собранные данные помогают производителю. Именно эти вопросы специалисты Harvestis в Хоогстратене, Бельгия, ранее известного как Proefcentrum Hoogstraten, изучали в ходе испытаний современных сенсорных технологий и роботизированных решений. Особое внимание исследователи уделили автоматическому сбору информации о растениях. На демонстрациях в теплицах были представлены системы IUNU и Hortiworld, причем IUNU Luna предназначена для постоянного мониторинга культуры, прогнозирования урожая и оценки качества выпо ...>>

Случайная новость из Архива Новый класс метаматериалов, способных изменять свои физические свойства 18.12.2018 Современные метаматериалы весьма походят на технологии, известные нам по научной фантастике. За счет уникальных свойств таких материалов можно создавать невероятные вещи, плащи-невидимки, скрывающие объекты в различных длинах волн электромагнитного спектра, а на практике такие технологии уже используются в антеннах мобильных телефонов, к примеру. Отметим, что все метаматериалы, о которых мы не раз рассказывали на страницах нашего сайта, имеют набор пусть и уникальных, но фиксированных свойств, что значительно ограничивает область их применения. Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (awrence Livermore National Laboratory, LLNL) и Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новый класс метаматериалов - механические метаматериалы, которые могут становиться твердыми или гибкими в ответ на воздействие внешнего магнитного поля. Для создания нового чудо-метаматериала исследователи использовали так называемую технологию 4D-печати. Название эта технология получила от того факта, что объекты, изготовленные при помощи трехмерной печати, могут изменять свою форму с течением времени, которое выступает в роли четвертого измерения. Как правило, изменения формы объекта происходят под влиянием какого-либо внешнего фактора - высокой температуры, гидратации, воздействия магнитного или электрического поля. Основой новой технологии стали материалы, способные реагировать на внешние поля (FRMM, field-responsive metamaterial). Однако, в отличие от материалов, используемых в других технологиях 4D-печати, FRMM-материалы не изменяют свою форму, изменения затрагивают некоторые из их физических свойств, твердость, в данном случае. Создание FRMM-материалов оказалось достаточно простым делом - вместо монолитной структуры печатаемого объекта формируется трубчатая полая структура. И эти полости на следующем этапе заполняются специальной магнитной жидкостью. Магнитная жидкость состоит из крошечных частиц магнитного материала, равномерно размешанных в объеме немагнитного растворителя. Когда такая жидкость попадает под воздействие внешнего магнитного поля, частицы в ее объеме упорядочиваются, выравниваясь вдоль линий магнитного поля, и материал превращается практически в твердый монолит. При отсутствии магнитного поля магнитная жидкость ведет себя как обычная вязкая жидкость, способная свободно течь в любом направлении.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026