液态金属3D打印成型可重构天线-Stratasys3D打印机

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　　液态金属是一类具有不定型态、可流动液体形态的金属材料。“汞”可能是大家最先想到的液态金属材料，事实上目前液态金属还包含了“镓”、“铟”以及其相关的合金材料。目前国内在液态金属领域的研究是以中科院、清华大学刘静老师团队为代表，其已采用喷墨、直写等多种工艺针对液态金属的特性及特定领域的应用进行了相关研究。生物3D打印机由该领域衍生出液态金属相关的技术型企，如北京梦之墨公司、云南中宜液态金属等，已经在相关领域得到应用。


　　最近韩国研究人员利用液态金属3D打印技术成型了可重构天线。这无疑在3D金属打印领域之外开拓了一种新技术，应用液态金属3D打印可以成型可延展的多样集成化结构。未来的应用领域包括：可延展电子、穿戴电子、软体制动器、机器人等领域。


　　液态金属成型的微观结构在之前，柔**件是需要能够让消费者体验到舒适感或者是一个易于操控的功能体，但是寻找合适用于这类柔**件的材料遇到了很多挑战。作者指出了尽管已经发展出了像波纹状、金属网格及各种复合材料，但导体材料的脆性仍然是一个经常遇到的问题。当我们怀抱希望时，但是这些材料不适合于3D打印成型，且成型精度也是个问题。


　　当以用纳米金属颗粒丝材为基础的直写技术已经展示高精度打印的可行性时，他们需要额外的热处理或固化处理来形成导体通路。但这热处理的这个过程有可能会引起软体、组织状的基材受损。此外，这些打印后经过热处理后的金属图形都会相对是刚性、较硬的，因此重复变形将会造成导体开裂或者电路失效。”下面图片展示了利用3D打印成型空间微细结构的过程，是不是有点像微组装的金丝键合工艺（见下图），实际上他是利用液体金属挤出后会在其表面形成一层薄薄的硬质氧化层因而可以支撑起一定高度牵引，但其并不会影响电性能。


　　IC金丝键合工艺


　　研究人员讨论了液态金属，像共晶类的镓铟合金（GaIn）和镓铟细锡合金(Galinstan)，都是可延展的材料，这些材料都展现出了低毒性和不易挥发的特点。对比固体金属材料，它们同样展示出优越的导电性能。当微流体及印刷电子可以采用液态金属成型电子图形时，但是这些结构都被局限在2D的范畴内。文章作者在常温环境下应用精细的喷孔成型了液态金属的高精度结构体。由于挤出成型的金属细丝使得无支撑体结构可以用液态金属打印成为可能。事实上，甚至这些细丝可以随着喷孔抬起、移动。


　　3D打印成型的高精度天线体主要是用来实验研究的试样，用一个安装在针筒上的精细喷嘴和一个放置在五轴平台的基板上来实现的。团队也用同样的工艺实现了无支撑的电极结构体、极小尺寸的三维互联，这些目标都是为了推动微型设备高度集成化。