Лазерное перемещение – новый метод 3D-печати из золота и меди

Команда исследователей совершенно по-новому подошла к проблеме 3D-печати металлами и разработала инновационный метод, который получил название «лазерное перемещение» (Laser-Induced Forward Transfer, LIFT). В рамках этого процесса не требуется металлический порошок, а принцип его действия не похож ни на один из известных методов. Исследователи обратили внимание на то, что, по большей части, 3D-печать металлами на сегодняшний день ограничивается материалами с более низкой точкой плавления. Используя доступные на данном этапе развития технологии, применить 3D-печать для производства предметов из таких металлов, как медь или золото, очень сложно или чрезвычайно затратно. Исследователи решили изменить сложившуюся ситуацию.

Метод лазерного перемещения подразумевает использование мощного лазера в импульсном режиме и металлической пленки, закрепленной на прозрачной подкладке. Импульс лазера фокусируется на пленке, которая разжижается под воздействием лазерного луча. За счет температуры лазера, попадающего на металлическую пленку, материал резко нагревается и происходит фазовый переход. Это явление порождает движущую силу, достаточную для быстрого перемещения разжиженного металла вниз, на принимающую подкладку или печатную поверхность.

С помощью нового метода исследователям удалось слой за слоем создать удивительно тонкие башни, как из меди, так и из золота. Одна из крошечных колонн была всего 2 мм в высоту и 5 мкм в диаметре.

Тем не менее, исследователи описали две основные проблемы, с которыми им пришлось столкнуться, используя метод лазерного перемещения:
«Применяя 3D-печать из металла методом LIFT, мы столкнулись с тем, что возможно было создать только колонны с низким аспектным отношением. Возможно, это объясняется необходимостью выполнения сразу двух непростых требований. Во-первых, нужно обеспечить прочное соединение капель, падающих одна на другую – тем не менее, новые капли, как правило, отвердевают в форме сферы или тора. Это неизбежно приводит к пористости и ограничению площади контакта между каплями, находящимися друг на друге. Во-вторых, необходимо ограничить площадь приземления капли зоной воздействия предыдущей. Это не так уж просто на больших расстояниях, однако нам удалось осуществить это для небольшого спектра показателей флюенса».

Исследователям удалось выполнить первое требование, используя лазер высокой мощности. В ходе предыдущих опытов применялись менее мощные лазеры, вследствие чего размер капель также был меньше, но после отвердевания они принимали более сферическую форму. С помощью лазера меньшей мощности исследователи получили капли в форме дисков, что позволило слоям лучше соединяться друг с другом, а также уменьшило пористость.

Кроме того, исследователи сумели довольно точно контролировать местоположение каждого слоя. Тем не менее, в этом аспекте технология еще будет улучшаться, поскольку несколько капель не попали в цель. Разумеется, этого можно ожидать, учитывая, что некоторые объекты имели всего 5 мкм в диаметре.