精度是粉末床技术的4000倍——采用电镀技术设计金属3D打印

德国奥尔登堡大学的一个研究团队基于电镀工艺，开发了一种新型金属3D打印技术。可以用直径仅为25nm的铜粉进行打印，分辨率比粉末床技术高4000倍。可以创建新的催化装置和电池电极。研究结果发表在 2021 年 10 月 26 日的《纳米快报》上。

纳米级3D打印有望在传感、机器人和能量存储等各种技术中发挥作用。精确立体光刻 (SLA) 的分辨率预计为100 nm或更小，但所使用的光刻胶具有有限的机械、光学和电学特性。尽管电化学方法能够以优异的电气和机械性能进行打印，但迄今为止尚未达到纳米级的分辨率。

“我们正在研究的技术结合了金属打印和纳米级制造两个领域，”研究团队负责人Dmitry Momotenko 说。“新开发的技术基于电镀相同的原理。电镀是一种通过通电使溶液中的金属离子还原并沉淀为固体的方法，该过程在技术上易于控制。”

研究小组开发了一种从装有铜离子溶液的小移液管的喷嘴中沉淀铜的三维方法。喷嘴的最小直径为1.6nm，但随着金属层的生长，存在打印喷嘴的开口容易堵塞的问题。

因此，研究团队开发了一种技术来监控打印的进度。通过这样做，记录基板上的电极和移液管内的电极之间的电流，并控制喷嘴的运动。通过一次堆叠一层铜，同时重复使喷嘴靠近基板的过程非常短的时间，并在金属层达到一定厚度时立即分离金属层，不仅在垂直方向，而且在对角线方向、螺旋和水平方向，能够打印纳米结构。

在实际打印过程中，第一打印喷嘴的尺寸选择和电化学参数也可以非常精确地控制结构的直径。使用这种方法可以打印的物体的最小直径约为 25 nm，与熔化和烧结金属粉末的金属3D打印的分辨率约为100μm相比，精细度达到了4000倍。

通过使用这项技术，研究团队可以打印具有更大表面积和特殊形状的催化剂来制造复杂的化学反应，或者打印具有3D结构的电极来制造更高效的电池。