دانشمندان موفق به ساخت ژل فلزی بسیار رسانا برای چاپ سه‌بعدی اجسام در دمای اتاق شدند

منشأ چاپ سه‌بعدی را می‌توان در دهه ۱۹۷۰ جستجو کرد؛ زمانی که «یوهانس گوتوالد» دستگاهی با ساختار مشابه Liquid Metal Recorder را ثبت اختراع کرد.

این دستگاه یک جوهرافشان پیوسته برای قطعات فلزی بود که می‌توانست قطعه‌ای فلزی را روی صفحه‌ای چندبار مصرف تولید کند تا آن صفحه برای چاپ مجدد یا فوری قابل استفاده مجدد باشد.

از آن زمان، نوآوری‌ها در پرینت سه‌بعدی با سرعت بی‌سابقه‌ای اتفاق افتاده است. اکنون تیمی از دانشمندان گزارش کرده‌اند که اشیای فلزی جامد را در دمای اتاق و در یک مرحله پرینت کرده‌اند!

این فناوری راه را برای تولید طیف گسترده‌ای از قطعات و دستگاه‌های الکترونیکی باز می‌کند.

آماده‌سازی ژل فلزی

محققان کار را با یک محلول مبتنی بر آب که حاوی ذرات مس ریز در مقیاس میکرون بود، شروع کردند. برای ایجاد ژل فلزی، محلول مس آبی در مقیاس میکرون با آلیاژ مایع ایندیم-گالیوم مخلوط شد. این مخلوط در دمای اتاق در حالت مایع باقی می‌ماند، ذرات فلز مایع و مس به یکدیگر می‌چسبند و شبکه ژل فلزی را در محلول تشکیل می‌دهند.

این حالت ژل نشان می‌دهد که توزیع نسبتاً یکنواختی از ذرات مس در سراسر ماده وجود دارد. بنابراین مسیرهای الکتریکی تشکیل می‌شود و ذرات مس از محلول خارج نمی‌شوند تا چاپگر را مسدود کنند.

ژل فلزی که پس از پرینت شکل خود را حفظ می‌کند، می‌تواند با استفاده از یک نازل استاندارد چاپ سه‌بعدی تولید شود.

پس از پرینت سه‌بعدی، شیء مجاز به بهبود است. در طول این مدت، ماده دچار تغییرات شیمیایی یا فیزیکی می‌شود که خواص آن را افزایش می‌دهد.

این تیم دریافتند که وقتی جسم چاپ‌شده‌ آن‌ها در دمای اتاق خشک شود، شکل خود را حفظ کرده و بیشتر جامد می‌شود.

چاپ چهاربعدی

کنترل الگوی چاپ و میزان قرارگیری جسم در معرض گرما، تغییر شکل جسم را پس از پرینت ممکن می‌سازد؛ بنابراین امکان چاپ چهاربعدی فراهم می‌شود که شامل سه بعد مکان و یک بعد زمان است.

این نوع چاپ چهار‌بعدی یکی دیگر از ابزارهایی است که می‌توان از آن برای ایجاد ساختارهایی با ابعاد دلخواه استفاده کرد. اما چیزی که این ماده را هیجان‌انگیزتر می‌کند، رسانایی آن است.

از آنجایی که اجسام چاپ‌شده‌ ۹۷/۵ درصد فلز هستند، رسانایی بالایی دارند. با وجود اینکه ماده به‌اندازه سیم مسی معمولی رسانا نیست، اما چاپ سه‌بعدی سیم مسی هم در دمای اتاق غیرممکن است.

آنچه که توسعه یافته‌، بسیار رساناتر از هر چیز دیگری است که بتوان چاپ کرد. محققان به‌دنبال همکاری با شرکای صنعتی برای بررسی کاربردهای چاپ ژل فلزی سه‌بعدی هستند.