Stampare in 3d con l’oro usando la tecnica del laser

LIFT: i ricercatori dell’Università di Twente stampano in 3D i “micro gioielli” in oro puro usando la tecnica del laser

Ricercatori olandesi presso l’Università di Twente hanno sviluppato una nuova tecnica di stampa 3D in metallo che consente a un apparecchio laser di stampare strutture metalliche goccia a goccia, anche in oro puro, su una scala di pochi micron.

Convenzionalmente, le strutture metalliche possono essere fabbricate tramite metodi litografici, fusione, sinterizzazione laser selettiva o fusione. Tuttavia, questi nuovi metodi non sono ancora adatti per la stampa 3D di metalli su una scala con dimensioni di dimensioni inferiori a circa 10 μm, il che sarebbe interessante per l’elettronica.

La nuova tecnica dei ricercatori, che è stata chiamata trasferimento in avanti indotto dal laser (aka “LIFT”), utilizza un impulso laser ultra-corto per fondere minuscoli frammenti di metallo da un film di spessore nanometrico. Questo forma microgocce di metallo fuso, che possono essere espulse ai loro bersagli, dove si solidificano all’atterraggio. Grazie a questa tecnica, i ricercatori UT sono in grado di costruire, goccia a goccia, una microstruttura elicoidale con microgocce di rame e oro. I due metalli hanno punti di fusione simili, e in questo caso il rame funge da “scatola” di supporto meccanico su cui può formarsi l’oro.

La tecnica di stampa laser: stampando a turno il rame e l’oro, l’elica d’oro inizialmente è circondata da una scatola di rame. Mordendo via il rame, si ottiene un’elica libera di oro puro.

I volumi della gocciolina metallica erano solo pochi femtolitri (un trilionesimo di litro). Il modo in cui sono fatte le gocce è illuminando il metallo usando un impulso ultracorto di luce laser verde. Questa precisa generazione di goccioline ha permesso di costruire con cura una struttura di soli decine di micron di altezza e di dettagli più piccoli di 10μm, con una rugosità superficiale minima (da circa 0,3 a 0,7 micron). Una domanda cruciale per i ricercatori era se i due metalli si mescolassero alla loro interfaccia: ciò avrebbe conseguenze per la qualità del prodotto dopo l’incisione. I ricercatori, scrivendo su Additive Manufacturing, non hanno riportato segni di mescolanza tra i metalli.

Una volta completata la struttura, i ricercatori hanno utilizzato l’attacco chimico del cloro ferrico per rimuovere completamente l’impalcatura di rame. Così facendo, lasciano un composito elicoidale indipendente in oro zecchino.

La vista dall’alto (c) dell’elica mostra che è tridimensionale con un vuoto centrale. In (b), è ancora nella scatola di rame

La capacità di creare strutture completamente indipendenti e sporgenti è fondamentale per la stampa di dispositivi 3D complessi. L’uso di LIFT in combinazione con l’incisione chimica mostra una possibilità per creare questi tipi di strutture su piccola scala.

La tecnica LIFT è una tecnica promettente anche per altri metalli e combinazioni di metalli. I ricercatori si aspettano opportunità per i materiali utilizzati nel circuito elettronico 3D, nei dispositivi micromeccanici e nel rilevamento, ad esempio, di applicazioni biomediche. È quindi una nuova potente tecnica di produzione su scala molto piccola: un passo importante verso la “funzionalizzazione” della stampa 3D.

La ricerca è stata effettuata dai dipartimenti di Meccanica dei solidi, delle superfici e dei sistemi (MS3) e della progettazione, produzione e gestione (DPM), entrambi facenti parte della facoltà di tecnologia ingegneristica dell’Università di Twente. I ricercatori hanno collaborato con DEMCON corporation, una società spin-off dell’Università di Twente.

Il documento “Stampa di complesse microstrutture autoportanti tramite trasferimento in avanti indotto dal laser (LIFT) di Pure Metal Films” di Matthias Feinaeugle, Ralph Pohl, Ton Bor, Tom Vaneker e Gert-willem Römer.

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