液態(tài)金屬3D打印成型可重構(gòu)天線

來源： 電子工程3D打印

液態(tài)金屬是一類具有不定型態(tài)、可流動液體形態(tài)的金屬材料。“汞”可能是大家最先想到的液態(tài)金屬材料，事實上目前液態(tài)金屬還包含了“鎵”、“銦”以及其相關(guān)的合金材料。目前國內(nèi)在液態(tài)金屬領(lǐng)域的研究是以中科院、清華大學(xué)劉靜老師團隊為代表，其已采用噴墨、直寫等多種工藝針對液態(tài)金屬的特性及特定領(lǐng)域的應(yīng)用進行了相關(guān)研究。由該領(lǐng)域衍生出液態(tài)金屬相關(guān)的技術(shù)型企，如北京夢之墨公司、云南中宜液態(tài)金屬等，已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

最近韓國研究人員利用液態(tài)金屬3D打印技術(shù)成型了可重構(gòu)天線。這無疑在3D金屬打印領(lǐng)域之外開拓了一種新技術(shù)，應(yīng)用液態(tài)金屬3D打印可以成型可延展的多樣集成化結(jié)構(gòu)。未來的應(yīng)用領(lǐng)域包括：可延展電子、穿戴電子、軟體制動器、機器人等領(lǐng)域。

液態(tài)金屬成型的微觀結(jié)構(gòu)

在之前，柔性器件是需要能夠讓消費者體驗到舒適感或者是一個易于操控的功能體，但是尋找合適用于這類柔性器件的材料遇到了很多挑戰(zhàn)。作者指出了盡管已經(jīng)發(fā)展出了像波紋狀、金屬網(wǎng)格及各種復(fù)合材料，但導(dǎo)體材料的脆性仍然是一個經(jīng)常遇到的問題。當我們懷抱希望時，但是這些材料不適合于3D打印成型，且成型精度也是個問題。

  當以用納米金屬顆粒絲材為基礎(chǔ)的直寫技術(shù)已經(jīng)展示高精度打印的可行性時，他們需要額外的熱處理或固化處理來形成導(dǎo)體通路。但這熱處理的這個過程有可能會引起軟體、組織狀的基材受損。此外，這些打印后經(jīng)過熱處理后的金屬圖形都會相對是剛性、較硬的，因此重復(fù)變形將會造成導(dǎo)體開裂或者電路失效。”下面圖片展示了利用3D打印成型空間微細結(jié)構(gòu)的過程，是不是有點像微組裝的金絲鍵合工藝（見下圖），實際上他是利用液體金屬擠出后會在其表面形成一層薄薄的硬質(zhì)氧化層因而可以支撐起一定高度牽引，但其并不會影響電性能。

IC金絲鍵合工藝

研究人員討論了液態(tài)金屬，像共晶類的鎵銦合金（GaIn）和鎵銦細錫合金 (Galinstan)，都是可延展的材料，這些材料都展現(xiàn)出了低毒性和不易揮發(fā)的特點。對比固體金屬材料，它們同樣展示出優(yōu)越的導(dǎo)電性能。當微流體及印刷電子可以采用液態(tài)金屬成型電子圖形時，但是這些結(jié)構(gòu)都被局限在2D的范疇內(nèi)。文章作者在常溫環(huán)境下應(yīng)用精細的噴孔成型了液態(tài)金屬的高精度結(jié)構(gòu)體。由于擠出成型的金屬細絲使得無支撐體結(jié)構(gòu)可以用液態(tài)金屬打印成為可能。事實上，甚至這些細絲可以隨著噴孔抬起、移動。

3D打印成型的高精度天線體主要是用來實驗研究的試樣，用一個安裝在針筒上的精細噴嘴和一個放置在五軸平臺的基板上來實現(xiàn)的。團隊也用同樣的工藝實現(xiàn)了無支撐的電極結(jié)構(gòu)體、極小尺寸的三維互聯(lián)，這些目標都是為了推動微型設(shè)備高度集成化。

“我們相信這種高精度3D可重構(gòu)的方法為增材制造提供了一個非常有預(yù)期的策略，這項工藝可以與傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于高度集成化及可延展器件上，為下一代的電子技術(shù)發(fā)展帶來了很大空間的預(yù)期”—文章作者

小編認為這項研究對于未來液態(tài)金屬在柔性體結(jié)構(gòu)電路一體化應(yīng)用上奠定了基礎(chǔ)，幻想一下未來的軟體機器人中的信號傳輸線路假如都可以用液態(tài)金屬來實現(xiàn)的話，其除了能傳導(dǎo)信號其具有的延展性，支持關(guān)節(jié)類結(jié)構(gòu)體運動，那機器人又要進化了