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早稻田大学开发用于复杂金属塑料复合结构的最新增材制造方法

文章和图片来源:        时间:2023.01.05        点击率:

  来自日本和新加坡的研究人员开发出一种最新增材制造技术,用于具有复杂形状的3D金属塑料复合结构。

  近年来,增材制造领域对在塑料零件上金属3D打印图案的研究兴趣成倍增长。

  3D金属塑料复合结构在智能电子、微纳米传感、物联网(IoT)设备和量子计算等领域具有广泛的潜在适用性。使用该结构增材制造的设备具有更高的设计自由度,具有更复杂的功能、几何形状,及越来越小的尺寸。早稻田表示,目前制造这类零件的方法既昂贵又复杂。

  这是一种多材料数字光处理增材制造(MM-DLP3DP)工艺。

  主要研究人员Shinjiro Umezu教授、早稻田大学Kewei Song先生和新加坡南洋理工大学Hirokata Sato教授解释道:“机器人和物联网设备正以闪电般的速度发展。因此,制造它们的技术也必须随之发展。虽然现有增材制造技术可以制造3D电路,但堆叠平面电路仍是一个活跃的研究领域。我们希望通过最新增材制造技术解决这个问题,创造出功能强大的设备,促进人类社会的进步与发展。”

  多材料数字光处理增材制造(MM-DLP3DP)工艺的第一步是制备活性前体,即在增材制造后可转化为所需化学品的化学品,因为所需化学品本身无法进行增材制造。在这一过程中,钯离子被添加到光固化树脂中以制备活性前体。

  加入钯离子是为促进无电解镀(ELP),一个金属离子在水溶液中自动催化还原以形成金属涂层的过程。下一步是制造含有树脂或活性前体的嵌套区域的微结构。

  最后,这些材料被直接电镀,并使用ELP添加金属3D打印图案。


  该团队增材制造了各种具有复杂拓扑结构的增材制造零件,以证明所提出的增材制造技术的制造能力。这些增材制造零件具有多材料嵌套层的复杂结构,包括微孔和微小的空心结构。其中最小的空心结构尺寸为40微米。

  零件上的金属3D打印图案非常具体,可以精确控制。该团队还增材制造了具有复杂金属拓扑结构的3D电路板,如使用镍的LED立体电路和使用铜的双面3D电路。

  Umezu、Song和Sato解释道:“使用MM-DLP3DP工艺,可以增材制造具有特定金属图案的任意复杂金属塑料3D零件。此外,使用活性前体选择性地诱导金属沉积可以提供更高质量的金属涂层。这些因素加在一起,可以促进高度集成和可定制的3D微电子的发展。”

  这项最新增材制造工艺有望成为电路制造的一项突破性技术,可应用于各种不同的领域,如3D电子学、超材料、柔性可穿戴设备和金属空心电极等一些潜在应用。

  11月,早稻田大学研究小组提出了一种最新设计策略,以解决金属增材制造技术中由残余应力引起的变形。

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