Impresión 3D con metales

Un equipo de investigadores de la Universidad de Twente ha encontrado la forma de estructuras 3D de impresión de cobre y oro, apilando gotas de metal de tamaño microscópico. Estas gotitas se hacen mediante la fusión de una película metálica fina utilizando un láser pulsado. Su trabajo se publica en Materiales Avanzados.

La impresión 3D es un campo que avanza rápidamente, que se refiere a veces como la "nueva piedra angular de la industria manufacturera". Sin embargo, en la actualidad, la impresión 3D se limita principalmente a los plásticos. Si los metales se podrían utilizar para la impresión 3D, así, esto abriría un amplio abanico de posibilidades. Metales conducen la electricidad y el calor muy bien, y son muy robustos. Por lo tanto, la impresión 3D en metales permitiría la fabricación de completamente nuevos dispositivos y componentes, tales como pequeños elementos de refrigeración o conexiones entre los chips apilados en los teléfonos inteligentes.

Sin embargo, los metales se funden a una temperatura alta. Esto hace que la deposición controlada de gotitas de metal altamente desafiante. Térmicamente se requieren boquillas robustos para procesar metales líquidos, pero estos son apenas disponible. Para las pequeñas estructuras, en particular (de 100 nanómetros a 10 micrómetros) existían todavía no hay buenas soluciones para este problema.

Investigadores de la FOM y la Universidad de Twente hacen ahora un paso importante hacia la impresión de metal de alta resolución. Ellos utilizan luz láser para fundir el cobre y el oro en gotitas micrómetros de tamaño y se depositan éstos de una manera controlada. En este método, un láser de impulsos se enfoca en una película metálica delgada. que localmente se funde y se deforma en una gota de vuelo. Los investigadores luego posicionarse cuidadosamente esta caída sobre un sustrato. Repitiendo el proceso, se hace una estructura 3D. Por ejemplo, los investigadores apilan miles de gotas para formar micro-pilares con una altura de 2 milímetros y un diámetro de 5 micrómetros. También imprimen electrodos verticales en una cavidad, así como líneas de cobre. En efecto, prácticamente cualquier forma se puede imprimir por elegir inteligentemente la ubicación del impacto de la gota.

Alta Energía

En este estudio, los investigadores utilizaron un láser de alta energía sorprendente en comparación con trabajos anteriores, para aumentar la velocidad de impacto de las gotas de metal. Cuando estas gotitas rápido impacto sobre el sustrato, se deforman en una forma de disco y se solidifican en esa forma. La forma de disco es esencial para una impresión 3D robusto: permite a los investigadores a pila firmemente las gotas en la parte superior de la otra. En intentos anteriores, los físicos utilizan bajas energías láser. Esto les permitió imprimir gotas más pequeñas, pero las gotas se quedó esférica, lo que significaba que un montón de gotas solidificadas era menos estable.

En su artículo, los investigadores explican que la velocidad que se requiere para lograr la forma de colocación deseada. Habían pronosticado previamente esta velocidad para diferentes energías láser y materiales. Esto significa que los resultados pueden traducirse fácilmente a otros metales también.
Un problema restante es que la energía láser de alta también resulta en gotitas de aterrizaje sobre el sustrato junto a la ubicación deseada. En la actualidad esto no se puede prevenir. En el trabajo futuro del equipo investigará este efecto, para permitir la impresión limpia con metales, geles, pastas o líquidos muy espesos.