塑料-金屬復合材料DLP光固化3D打印技術(shù)

導讀：塑料和金屬都是許多3D打印工藝和應用中的關(guān)鍵材料。當結(jié)合塑料-金屬制造復合材料時,，由于最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中集成了兩種材料的特性,，因此它可以被應用到許多領(lǐng)域。然而,，目前實現(xiàn)這種復合材料的制備成本很高且需要復雜的工藝,。

2022年12月29日，南極熊獲悉,，日本早稻田大學和南洋理工大學（NTU）的研究人員開發(fā)了一種制造這些結(jié)構(gòu)的工藝,，被稱為多材料DLP增材制造或MM-DLP3DP。該研究以題為“New Metal–Plastic Hybrid Additive Manufacturing for Precise Fabrication of Arbitrary Metal Patterns on External and Even Internal Surfaces of 3D Plastic Structures”的論文被發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上,。

相關(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c10617

研究人員進行了一個多步驟的過程,。首先，他們準備了活性前驅(qū)體：即能夠被轉(zhuǎn)化為不同化學物質(zhì)的化學品,。他們在50毫升去離子水中使用NH4Cl,，向其中加入270毫克的PdCl2。完全準備好后,，他們將其與其中一種光固化樹脂混合,。鈀離子允許溶液中的金屬顆粒在化學鍍（ELP）中沉積：這基本上意味著金屬離子沉淀在一個預先存在的表面上，形成金屬圖案,。簡而言之,，這第一步包括為ELP工藝創(chuàng)造改性樹脂。

△用多材料DLP 3D打印技術(shù)制作的電鍍零件的例子,。(圖片來源：早稻田大學)

接下來,，MM-DLP3DP工藝被用來制作樹脂或活性前驅(qū)體一起的嵌套區(qū)域的微結(jié)構(gòu)。最后,，他們利用ELP對材料進行電鍍,，并添加3D金屬圖案。為了證明這項技術(shù)的實用性,，他們制造了一個具有雙面結(jié)構(gòu)的3D電路,，該電路由一個通孔連接，還制造了一系列可與被測產(chǎn)品集成的傳感器（一般的例子是制造了一個集成溫度檢測器的溫度計）。正如他們所展示的,，與多噴嘴打印相比,，MM-DLP4DP具有更高的分辨率，因此可以構(gòu)建具有特殊功能的微結(jié)構(gòu)表面,。

新開發(fā)的多材料數(shù)字光處理 3D 打印機用于制造包含由標準樹脂或活性前體制成的相互嵌套區(qū)域的部件,。對此類零件進行選擇性 3D ELP 加工，可提供具有復雜中空結(jié)構(gòu)的各種金屬塑料復合零件,，具有特定的拓撲關(guān)系,，分辨率為 40 μm。使用這種技術(shù),，傳統(tǒng)方法無法制造的 3D 設(shè)備成為可能,，并且可以在塑料部件內(nèi)部制作金屬圖案，作為電子產(chǎn)品進一步小型化的一種手段,。所提出的方法還可以生成表現(xiàn)出改性金屬對基材的附著力的金屬涂層,。

研究人員希望這種方法可以應用于電子領(lǐng)域，包括傳感器和機器人以及可穿戴設(shè)備,，因為集成制造可以減少錯誤的風險,。主要作者早稻田大學的Shinjiro Umezu和Kewei Song教授以及新加坡NTU的Hirotaka Sato教授這樣說。"機器人和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正在以閃電般的速度發(fā)展,。因此,，制造它們的技術(shù)也必須隨之發(fā)展。"

在增材制造領(lǐng)域,，復合材料是相當普遍的,，是在制造產(chǎn)品之前改善材料特性的一種方式。常見的例子包括碳纖維和凱夫拉爾,。然而,，樹脂-金屬復合材料的開發(fā)是相當新穎的。今年7月,，南佛羅里達大學（USF）電子工程系的研究人員開發(fā)了一種在織物上打印銅的方法,，以制作可穿戴的織物,。這些項目的潛力是顯而易見的,，大規(guī)模實現(xiàn)只是一個時間問題。

△在織物上打印銅