Onderzoekers van de Universiteit Twente (UT) hebben een techniek ontwikkeld om te 3D-printen met metaal. Met een sterke laser smelten ze goud en koper tot microdruppels, die ze gericht op elkaar stapelen. Hun werk is gepubliceerd in Advanced Materials.
Metaal is veel steviger dan plastics, die vooralsnog vooral gebruikt worden als grondstof voor 3D-printen, en kan goed warmte en elektriciteit geleiden. Het probleem is echter dat metalen een veel hoger smeltpunt hebben. Daarom gebruikten Claas Willem Visser en collega Ralph Pohl, onderzoekers aan de UT, een krachtige laser om goud en koper te smelten. Dat maakt het mogelijk geheel nieuwe onderdelen en elektronica uit de printer te laten rollen.
Koperen pilaartje
Bij de nieuwe printtechniek wordt met een pulserende laser boven op een plaat glas met onder op een laagje metaal schieten. Met elke puls van de laser warmt het metaal aan de onderkant van de plaat op, smelt en vormt een microdruppel die door de hoge energie van de laser van het metaaloppervlak wegschiet, naar beneden. Daar vingen de onderzoekers de wegschietende druppel gericht op met een tweede plaat heel dicht bij de laag metaal.
In onderstaande video is te zien hoe met deze techniek een microscopisch klein koperen pilaartje werd geprint.
Hoge resolutie
Het unieke van deze techniek is de kracht van de laser. Voorheen werden minder sterke lasers gebruikt omdat onderzoekers één enkele microdruppel schoon weg wilden schieten. Die druppels behouden echter hun bolvorm bij het opvangen, waarmee minder stabiele constructies te maken zijn.
De krachtige laser die de TU-onderzoekers gebruikten, schiet de druppels met een hogere snelheid weg waardoor ze platgedrukt worden tot een pannenkoekvorm bij het opvangen. Die platte vorm is veel stabieler te stapelen, waardoor stevigere constructies geprint kunnen worden.
Een ander voordeel is de grote precisie. ‘We kunnen hiermee op hele hoge resolutie printen, tot tien keer zo klein als met andere technieken’, zegt Visser. Het koperen pilaartje op de foto en video is bijvoorbeeld 0,86 millimeter hoog en 0,005 millimeter breed. Elke druppel heeft een diameter van 0,001 millimeter.
Een nadeel is dat door de kracht van de laser vervuiling ontstaat – ongewenste druppels die ongericht wegschieten. ‘Dat nemen we voor lief’, zegt Visser. ‘In verder onderzoek willen we met een hogesnelheidscamera het proces in beeld brengen, zodat we kunnen zien waardoor die vervuiling precies ontstaat.’
Smartphones
Visser en Pohl wilden met het printen van koper en goud laten zien dat de printtechniek in principe met elke soort metaal werkt. Uiteindelijk kan de techniek toegepast worden om bijvoorbeeld chips in smartphones aan elkaar te verbinden. De onderzoekers zijn er al in geslaagd verticale elektrodes in een holte en lijnen van koper te printen.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: