科学家开发金属-塑料混合3D打印技术的新思路

科学家们开发了一种新颖独特的简单方法打印由金属和塑料制成的3D结构,从而为3D打印电子学铺平了道路。

当前的3D打印机仅使用塑料或金属,并且用金属涂覆3D塑料结构的常规方法对环境不利,并且结果不佳。现在,日本早稻田大学的科学家已经开发出一种金属-塑料混合3D打印技术,该技术可在所需区域生产具有高粘合性金属涂层的塑料结构。这种方法将3D打印机的使用范围扩展到3D打印电子设备,以用于未来的机器人技术和物联网应用。

科学家开发金属-塑料混合3D打印技术的新思路

在过去的十年中,3D打印技术已经发生了巨大的发展,到现在已经可以在工业环境中进行大规模生产了。3D打印也被称为“增材制造”,使人们可以直接从原材料创建任意复杂的3D对象。在熔丝制造中,这是最流行的3D打印过程,塑料或金属通过打印头熔化并通过小喷嘴挤出,然后立即固化并与其余部件融合。但是,由于塑料和金属的熔点差异很大,因此该技术仅限于创建仅金属或塑料的物体,直到现在都是这种情况。

日本早稻田大学的科学家在《增材制造Additive Manufacturing)中发表的最新研究中,开发了一种新的混合技​​术,该技术可以生产由金属和塑料制成的3D打印对象。领导这项研究的Shinjiro Umezu教授解释了他们的动机:“用金属和塑料通过3D打印机创建物体,我们周围看到的大多数对象还是两者的结合,包括电子设备。因此,我们认为,如果我们设法使用传统的3D打印机创建由金属和塑料制成的3D对象,我们将能够扩展它们的应用。”

他们的方法实际上是对用金属涂覆3D塑料结构的常规金属化工艺的重大改进。在传统方法中,将塑料物体进行3D打印,然后浸入含有钯(Pd)的溶液中,该溶液粘附在物体表面。使用沉积的Pd作为催化剂,使溶解的金属离子粘附到物体上。尽管技术上合理,但常规方法会产生不均匀的金属涂层,并且很难粘附到塑料结构上。

相反,在新的混合方法中,使用了具有双喷嘴的打印机。一个喷嘴挤出标准熔融塑料(丙烯腈丁二烯苯乙烯或ABS),而另一个喷嘴挤出装有PdCl2的ABS。通过使用一个喷嘴或另一个喷嘴选择性地打印图层,Pd会加载3D对象的特定区域。然后,通过化学镀,最终获得一种仅在选定区域上具有金属涂层的塑料结构。

科学家发现,使用他们的方法时,金属涂层的附着力更高。此外,由于Pd负载在原料中,因此与常规方法不同,其技术不需要对ABS结构进行任何类型的粗糙化或蚀刻以促进催化剂的沉积。当考虑到这些额外的步骤不仅会由于使用诸如铬酸之类的有毒化学物质而对3D对象本身造成损害,还会对环境造成损害时,这一点尤其重要。最后,他们的方法与现有的熔丝制造3D打印机完全兼容。

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Umezu认为,考虑到该方法在3D打印电子产品中的潜在用途,金属塑料混合3D打印在不久的将来可能会变得非常重要,这是即将到来的物联网和人工智能应用程序的重点。在这方面,他补充说:“我们的混合3D打印方法开辟了制造3D打印电子设备的可能性,从而使医疗保健和护理中使用的设备和机器人可以变得比今天的设备和机器人更好。”

这项研究有望为混合3D打印技术铺平道路,这将使我们能够充分利用金属和塑料的双重优势。

原文标题:Metal-Plastic Hybrid 3D Printing Using Catalyst-Loaded Filament and Electroless Plating

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