還原光聚合是 3D 打印的一種，涉及將與光發生反應的液體樹脂倒入容器中。然後用激光或紫外線硬化特定區域以形成形狀。然而，由於該方法僅適用於光敏聚合物，因此其實際使用受到限制。
一些研究人員已經開發出將這些印刷聚合物轉化為更強材料的技術，例如金屬和陶瓷，但洛桑聯邦理工學院工程學院材料與製造化學實驗室負責人達里爾·伊(Daryl Yee)表示，這些方法存在重大缺陷。 “這些材料往往是多孔的。這會大大降低強度。而且各種零件也會遭受過度收縮。這會導致翹曲，”他說。
為了解決這些問題，Yee 和他的團隊引入了一種新方法，該方法在發表於 先進材料– 代替硬化與金屬化合物混合的樹脂。研究人員首先使用一種稱為水凝膠的簡單水基凝膠進行 3D 打印。然後他們將這個“空”結構浸泡在金屬鹽中。它通過化學轉化成微小的金屬納米粒子，遍布整個凝膠。通過多次重複這個過程，可以製造出金屬含量非常高的複合材料。
經過 5-10 個“生長周期”後，剩餘的水凝膠通過加熱除去。這樣就只剩下一個與原始打印凝膠的形狀精確匹配的緻密金屬或陶瓷物體。這是因為金屬鹽僅在印刷後添加。然後可以使用相同的水凝膠模板來製造金屬、陶瓷或複合材料。
“我們的工作不僅能夠通過易於使用、低成本的 3D 打印工藝生產高質量的金屬和陶瓷。而且還強調了增材製造的新範例。材料選擇發生在 3D 打印之後，而不是之前，”Yee 總結道。
目標先進的3D架構
為了他們的教育，該團隊用鋼、銀和銅創建了稱為陀螺儀的複雜數學晶格形狀，展示了該技術創建堅固但複雜結構的能力。為了測試材料的強度，他們使用了一種稱為萬能測試儀的設備來增加陀螺儀上的壓力。
“我們的材料可以承受比以前方法生產的材料高 20 倍的壓力。而收縮率只有 20%，而收縮率則為 60-90%，”博士生兼第一作者 Yiming Ji 說道。
科學家們表示，他們的技術對於創建同時需要堅固、輕量和復雜的先進 3D 架構特別有趣，例如傳感器、生物醫學設備。或用於轉換和儲存能量的裝置。例如，金屬催化劑對於將化學能轉化為電能的反應是必要的。其他用途它可能包括具有先進冷卻性能的高紋理金屬，用於能源技術。
展望未來 該團隊正在努力改進流程以促進行業發展。特別是通過增加材料的密度。另一個目標是速度：重複輸注過程。雖然對於生產更強的材料是必要的，但這使得該方法與其他將聚合物轉化為金屬的3D打印技術相比更加耗時。 “我們正在努力通過使用機器人自動化這些步驟來減少總處理時間，”Yee 說。
