科学家用LIFT技术3D打印出微小的金&铜结构

在一个完美的世界里，至少从制造商的角度来看，金属3D打印应该像用一台桌面3D打印机打印热塑性塑料那样便宜、方便、快捷。目前整个3D打印领域内的研发仍然处于非常早期的阶段，不过全世界已经有越来越多的研究人员投身于此，努力改善3D打印技术的效率。

近日，来自荷兰特温特大学的科学家们在《Advanced Materials》杂志上发表了一篇题为《概述通过激光诱导向前转移的纯金属3D打印（Toward 3D Printing of Pure Metals by Laser-Induced Forward Transfer）》，该论文介绍了一种全新的金属打印方法——激光诱导向前转移（LIFT）技术，该技术无需金属粉末，其功能原理与我们之前见过的各种金属3D打印技术都不相同。

该项目的研究人员包括Claas Willem Visser、Ralph Pohl、Chao Sun、Gert-Willem Römer、Bert Huis in‘t Veld和Detlef Lohse，他们都来自荷兰特温特大学科学技术中心流体物理组。他们认识到，在大多数情况下，金属打印一直被限制在具有较低熔点的材料上。到目前为止，利用现有技术，要3D打印像铜或黄金这样的金属，要么非常困难，要么极端昂贵。

LIFT技术是一种已有的技术，主要利用高能脉冲激光和附在在透明基片上的金属膜。该激光脉冲被聚焦到金属薄膜上使其液化。 当激光的热量在与金属膜接触时，会使金属迅速加热和并发生相变。而这种相变则提供了必要的推力以快速推送已经液化的金属转移沉积到一个接收基片或者下面的构建平台上。

使用这种工艺，研究人员能够以铜和金为原材料逐层构建出一个非常微小的塔。这个塔到底有多小？据研究人员称，这个塔有2毫米高，直径仅为5微米。

研究人员在使用LIFT技术进行打印时，需要解决两个主要的问题，为此他们总结道：“使用LIFT技术的3D金属打印一直局限于低宽高比的柱子，也许这是因为至少有两个很具挑战性的要求必须要同时满足。首先，堆叠滴之间良好的附着力是必需的，但沉积的液滴通常固化成球形或圆环形状。这不可避免地在逐滴堆叠时导致了孔隙率和每滴之间的接触面有限；第二个要求是单滴的着陆位置被限制在先前沉积的滴液的冲击区域。这是不容易达到的，因为3D打印一般需要比较大的供给-接收距离，但可以通过窄幅的能量密度获得。”

研究人员能够通过在工艺中使用高能激光来满足第一个要求。在过去的研究中，使用低功率的激光往往会导致更小的液体，而且硬化之后更接近球形。而在这次的研究中，研究人员却使用低能量激光器获得了具有圆盘型的液滴，从而实现更好地层堆叠和粘合，并且相当于获得了较低的孔隙率。

研究人员还能够相当精确地控制每一层的沉积。不过科学家们在这方面仍然有很大的提升空间，因为有几个液滴偏离了他们的预期目标。不过由于科学家们制造的目标是直径仅为5微米的对象，这些误差还是可以理解的。