Блог

Jul 11, 2023

Печатайте 3D-металлические объекты при комнатной температуре с помощью проводящего металлического геля

Эд Браун Профессор Майкл Дики: Что ж, это хороший вопрос. Правда в том, что у меня был очень хороший ученик, который был любопытен и как бы подтолкнул нас пойти по этому пути. Но есть немного истории

Эд Браун

Профессор Майкл Дики: Что ж, это хороший вопрос. Правда в том, что у меня был очень хороший ученик, который был любопытен и как бы подтолкнул нас пойти по этому пути. Но этому предшествовала небольшая история. Наша группа около 15 лет занимается жидкими металлами. Обычно, когда я говорю людям о жидких металлах, они думают о ртути. Но на самом деле это металлы из сплавов галлия.

Если вы посмотрите на таблицу Менделеева, галлий находится прямо под алюминием. Вы, наверное, помните из курса химии для первокурсников, что если предметы находятся в одном столбце таблицы Менделеева, они как братья или сестры. Итак, галлий и алюминий очень похожи, за исключением того, что галлий имеет очень низкую температуру плавления. Мы изучали этот материал, в основном пытаясь найти способы его структурирования, поскольку он позволяет нам создавать такие вещи, как электрические цепи.

На поверхности жидкостей, включая воду, поверхностное натяжение обычно приводит к тому, что они принимают сферическую форму. Но жидкий галлий имеет причудливую форму. Причина, по которой он имеет такую ​​форму, заключается в том, что металл вступает в реакцию с воздухом и образует оксид. Если вы возьмете немного кислоты, ее паров будет достаточно, чтобы растворить оксид. А без него металл скатывается как сфера.

Итак, это были последние 10 лет моей жизни.

Мы использовали это явление в своих интересах. По сути, на металле быстро формируется тонкая оболочка, достаточно прочная, чтобы ее можно было распечатать на 3D-принтере. Это интересно, потому что металлами можно печатать при комнатной температуре и создавать фигуры. Это было бы невозможно, если бы вы попытались сделать это с водой, кофе или любой другой жидкостью, с которой вы сталкиваетесь в повседневной жизни.

Дикки: Вы спросили о заднем плане — это пространство, в котором мы работали. Когда мы выливаем жидкость из сопла, она выходит в виде капли, потому что объемное течение этой жидкости похоже на воду, но затем она образует оболочку на поверхности. поверхность. Долгое время я бы предпочел, чтобы это средство напоминало скорее зубную пасту или гель.

Задача состоит в том, как заставить его выйти и выдавиться, как цилиндр? Вам это нужно, чтобы сделать пару вещей. Один из них — иметь возможность дозировать его из насадки. А затем, когда он выйдет из сопла, вы хотите, чтобы он сохранял свою форму — это минимальные требования. Но помимо этого вы хотите, чтобы он был проводящим и, надеюсь, имел достойные механические свойства. Мы хотели, чтобы это была жидкость, чтобы можно было использовать ее для изготовления растягивающихся проводов с жидким металлом внутри резиновой трубки. Провода действительно эластичны, потому что внутри резины они представляют собой жидкость. Он эластичен, как резина, но все же проводит ток, как металл.

Но мне всегда было интересно, можно ли напечатать металл при комнатной температуре, а затем затвердеть. И ответ — да. Вот что мы сделали с этим металлическим гелем. На эту работу нас вдохновили замки из песка, построенные из песчинок. Это не сработает, если они будут слишком сухими или слишком влажными, но если в них попадет немного воды, как влажный песок, вы сможете построить замок. Причина, по которой вы можете его построить, заключается в том, что есть небольшой мост, называемый маятниковым мостом, или жидким мостом, который стягивает частицы песка вместе. В нашем случае сферы, наполненные жидким металлом, будут подобны частицам песка. Итак, нам было интересно, сможем ли мы это сделать, но вместо больших частиц песка у нас есть большие частицы меди — будут ли мосты жидким металлом? Опять же, ответ — да.

Смешиваем частицы меди с жидким металлом, а затем с водой. pH равен 1, потому что нам не нужен оксид, чтобы мы могли образовывать связи металл-металл. Мы просто смешиваем эти вещи между собой, и если состав подобран правильно, то получается гель — что-то вроде зубной пасты.

Вы можете себе представить, что если вы электрон, то теперь у вас есть путь, по которому нужно пройти, тогда как без жидкого металла частицы меди не находятся в хорошем контакте.

Дикки: Главное в геле то, что вам нужна сеть. Представьте себе сеть, в которой все частицы или большинство из них связаны друг с другом. Есть путь, который проходит через весь материал. Это почти как скелет внутри жидкости — каркас, удерживающий материал вместе.