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让3D打印像画画一样简单

发布时间:2016-06-13 11:57:09

3D打印技术被称为将推动第三次工业革命的先进技术,是快速成型技术的一种,能够使计算机上拟打印的立体蓝图变成实物。从简单的生活用品到色香味俱全的健康食物,乃至极度复杂的活体器官,3D打印技术实现了越来越多的“不可能”。


“画”出来的电路板


将粉末、液体、片状等细碎材料逐层堆积成一个物品,就好像一层层打印上去一样,制成生活中的各式物件,乃至航天仪器零部件,就是3D打印。


3D打印技术中有很多创新,其中打印液态金属喷墨打印机难得一见。“液态金属是指在常温常压下像水一样呈液态的金属。根据大家现在的研究成果,液态金属一个很重要的用途就是电子电路的增材制造,简单来说就是打印电路板。”北京梦之墨科技有限企业研发负责人于洋先容说,传统的电路板是硬质的,而且制作周期较长,但是液态金属打印却可以实现在基底表面上的增材制造。“需要什么样的电路,直接"画"上去、打印就行,传统的7至8道工序,一下子被缩短至2至3道,快速灵活。”


于洋打开一个小瓶,里面的银色液体微微晃动,旁边有一台打印机,在电脑上调出电路图,一会儿打印机便开始工作。打印喷头在一张透明的薄膜上来回移动,银色的电子线路慢慢出现。


根据于洋的先容,这种技术还可以在皮肤和树叶上打印,只要先在材料表面盖一层膜,雕刻出电路图,然后把液态金属颗粒喷上去,简单来说跟喷漆差不多。


中国是第一个研制出液态金属喷墨打印机的国家,也是唯一实现成熟应用的。现在国际上还有些团队在研究,但在这个领域中国是最领先的。为了实现在任意材料表面进行打印,研究团队尝试了几十种材料,以积累大量的技术参数。


于洋表示,要实现在任意表面打印,首先要有合适的“墨水”。金属在常温下一般都是固态的。但其实像镓、钠等元素的熔点非常低,据项目研发团队先容,打印机用的金属墨水主要就是镓基,然后再根据不同的材料调整各种元素配比,并且要考虑在不同材料上的黏着性,必须进行反复的实验。


越擦越脏的电脑带来灵感“梦之墨”创始人、中科院理化技术所研究员刘静先容说,对普通人来说,日常生活中,最常见到的液态金属就是水银。但是在他们的实验室中,液态金属却呈现了更加多样的姿态。“在电解液中,一块镓基液态合金,在"吞食"铝作为食物或燃料后,便获得"能量",实现高速运转,像生命一样。”


刘静表示,第一次看到这种情形的时候,他和同事们也都吓了一跳。“感觉像寒武纪生命大爆发一样。”


这项研究发表后,很快在国际上引起了轰动。可实际上,对液态金属,刘静已经潜心研究了几十年,而液态金沙国际备用网址能够得以出现,更是源自一个偶然。有一次,他不小心把液态金属洒落到了电脑屏幕上,虽然他马上发现并擦拭,可是却越擦越脏。正是这样不愉快的经历,给他带来了灵感:如果用液态金属来制作电路会是什么样?


2014年,借着国家鼓励科技工编辑创新创业的东风,带着“让电子打印触手可及”的梦想,刘静创设了北京梦之墨科技有限企业,开始依托中国科学院理化技术研究所、清华大学等强大的技术力量,专注研究世界首创的室温液态金属增材制造技术。


研究过程中,刘静和他的团队也遇到过不少障碍。一开始,他们的想法是,将金属流体直接写在纸上。但在实际操作中却发现,普通金属流体在纸上,会像水银液滴一样滚来滚去。之后,他们对金属材料加以改性,解决了常规领域使用到的界面黏附性问题,使得液态金属打印机在常温下即可直接印制各种薄膜乃至三维结构。


3D打印是颠覆性的创新


3D打印是颠覆性的创新技术,可以将数十个、数百个甚至更多的零件组装的产品一体化一次制造出来,大大简化了制造工序,节约了制造和装配成本。以3D打印新工艺的视角对产品、装备再设计,可以制造传统技术无法实现的结构,为设计创新提供了非常大的创新空间。目前,3D打印技术主要用于航空航天、汽车等高端装备制造,以及医疗、学问创意等需要个性化和快速响应的产业,还有教育领域。比如,在汽车零配件、轻工产品、家电等产品开发中,可降低产品开发周期与费用各一半以上。


刘静表示,一个材料代表一个时代。


旧石器、新石器、青铜、铁器,包括纳米,和现在大热的石墨,他们都很难变成液体,但是液态金属很容易在液体和固体间变换,而且它还是导体、半导体,这种多能性在几乎所有的材料里是很罕见的。


液态金属的应用有着广泛的前景。除了打印电路板,在先进芯片冷却与能源技术利用领域,液态金属具有优异的换热能力,在大功率电子芯片和高强度光电器件等的热管理上已展示出不可替代的价值。在医疗健康技术领域,独特的液态金属材料直接促成了液态金属生物材料学领域的形成。液态金属在神经连接与修复、受损骨骼快速替换、植入式医疗器件直接在体内3D打印以及高分辨血管造影术、肿瘤血管阻塞治疗等方面也大有发展空间。


目前,世界首座液态金属科技馆已经在云南拔地而起,而世界首条液态金属电子手写笔生产线和电子油墨生产线也在当地建成。除了液态金属应用即将迎来产业化的曙光,这也意味着,创新创业的门槛已经大大降低。


“将来,一个孩子也能像写字画画那样制造电路板。”刘静说道。