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低熔点金属的3D打印技术与应用

低熔点金属的3D打印技术与应用

供稿人:雷奇,贺健康   发布日期:2018-04-09

低熔点金属通常指的是熔点低于200℃的低熔点合金,其中室温液态金属的熔点更低,在室温下即呈液态[1]。与传统导电墨水相比,液态金属墨水材料的配制则相对简单,在打印后无需进行后处理即具备导电性,而且电导率相对较高,是一种较为理想的导电墨水。

自然界存在的室温液态纯金属有汞、铯、钫和镓,熔点分别是-38.8℃、28.65℃、27℃和29.8℃,其中镓基合金具有性质稳定、无毒无害、流动性较好和易于挤出成型的优点,是主要应用于3D打印的液态金属材料[2]。

Ladd等[2]使用镓铟合金(EGaIn, 75% Ga,25% In),利用挤出式3D打印工艺,在无支撑的条件下打印出了复杂的三维微结构,如图1所示,图中标尺为500μm。Parekh等[3]利用低熔点金属镓铟合金作为牺牲材料,制备了三维微流道,如图2a,b所示。Zhang等[4]提出一种可在任意表面制造电路的非接触式打印方法——雾化喷墨式液态金属打印,他们将气雾状的墨水镓铟合金通过掩膜板喷印在基底上,得到所需的电路图案,如图2c,d所示。

图1 基于镓铟合金的3D打印微结构
图2 基于镓铟合金打印的图案与应用 a 3D打印的金属螺旋结构,b 利用金属螺旋结构制作的微流道 c 镓铟合金打印的LED电路,d 打印的导电图案

液态金属的3D打印技术具有很广阔的发展前景,可应用于植入式生物医学电子器件、穿戴式的柔性电子器件等[1],在制造业、电子信息、能源和医疗技术等领域将产生巨大的应用需求,其发展方兴未艾。

参考文献:

  1. 王磊, 刘静. 低熔点金属3D打印技术研究与应用[J]. 新材料产业, 2015(1):27-31.
  2. Joshipura ID, Ayers HR, Majidi C, Dickey MD. Methods to pattern liquid metals. J Mater Chem C. 2015;3:3834-41.
  3. Ladd C, So JH, Muth J, Dickey MD. 3D printing of free standing liquid metal microstructures. Adv Mater. 2013;25:5081-5.
  4. Zhang Q, Gao Y, Liu J. Atomized spraying of liquid metal droplets on desired substrate surfaces as a generalized way for ubiquitous printed electronics[J]. Applied Physics A, 2014, 116(3):1091-1097.