3D列印等數位製造的方法,已經徹底改變了我們的製造業,讓原型的測試與製造變得更加快速與便利。然而,3D金屬列印受限於金屬材料的特性,仍有一定的門檻,需要經過超高溫燒結。這樣的要求可能無法用於測試某些對溫度敏感的電子零件。美國北卡羅萊州立大學的科學家研發出一款新型的金屬凝膠,讓3D列印金屬可以在室溫之下完成。

此款金屬凝膠的起點,是源自於含有奈米大小的銅顆粒溶液,在此溶液混合了少量在室溫為液態的銦鎵合金,合金會與銅奈米顆粒互相吸附在一起,確保金屬材料的均勻分布,因此列印的過程中,也不會有銅顆粒沉澱而堵塞住列印機噴頭。最後此溶液中還加入了鹽酸以及甲基纖維素混合,最終的成品是帶有黏性的凝膠。

而當金屬凝膠被放到普通的3D列表機中,噴嘴就可以依需求一層一層的建構立體的結構。此凝膠列印而成的結構在室溫下就能夠乾燥成形、變得更加堅固,當水與鹽酸蒸發之後,最終的成品就是一個立體、由高達 97.5% 的金屬所組成的成品。雖然導電性本身可能略遜於純銅線,但已經是現階段最具導電性的3D列印材料了。

此外,此金屬凝膠成品還有一種較為特殊的加工方式,如果在乾燥的過程中加熱,則成品會出現穩定的形狀改變,因此可以設計複雜的立體圖案,先以平面的方式進行列印,再加熱變形為所需的立體結構。如示範影片中的「蜘蛛」,彎曲的腿部結構是經過加熱而發生的改變。

這樣的技術或許不見得適合製造堅固的金屬成品,但極佳的導電性與由平面至立體塑形的潛力,都使其非常適合用於測試、製作各種精巧的電子零件,為未來更複雜的零件設計打開大門。

參考資料:Researchers Create Highly Conductive Metallic Gel for 3D Printing | NC State News (ncsu.edu)

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最後修改日期: 13 7 月, 2023