Twentse onderzoekers 3D printen micro mechanische structuur in goud

Onderzoekers van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd met de laser-induced forward transfer (LIFT) technologie complexe driedimensionale functionele microstructuren te printen van puur metaal. In dit geval zuiver goud, waarmee ze onder andere een helix van enkele micrometers hebben geprint. Hiermee 3D printen ze micro mechanische componenten zoals een veer of een elektrische spoel. De onderzoekers publiceren in de december editie een artikel hierover in het wetenschappelijk tijdschrift Additive Manufacturing.

 

LIFT-technologie leent zich voor 3D metaalprinten van functionele microcomponenten

De LIFT technologie gebruikt een ultrakorte laserpuls. Deze schiet op een metalen nanolaag. Door de energie van de laserstraal smelt een klein druppeltje, dat zich losmaakt van de rest, naar zijn doel vliegt en daar stolt. Druppel voor druppel wordt zo de structuur opgebouwd. De Twentse onderzoekers gebruiken afwisselend koper en goud, waarbij het koper als supportmateriaal dient. Dit koper voorkomt bijvoorbeeld dat de nieuwe druppel goud op de onderliggende winding van de helix valt. Dat willen ze niet omdat ze de helix willen gebruiken als een kleine mechanische veer of elektrische spoel. Het koper wordt aan het eind van het proces chemisch weg geëtst, zodat een puur gouden helix van enkele tientallen micrometers overblijft.

 

De schematische voorstelling van het proces om microstructuren uit puur metaal te 3D printen.

 

3D printen microcomponenten

Het gaat bij deze technologie echt om 3D printen op microschaal. Het volume van één druppel bedraagt slechts enkele femtoliters. Eén druppel heeft een doorsnede van iets meer dan een micrometer. En omdat de structuren druppel voor druppel worden opgebouwd, haalt men een oppervlakteruwheid van 0,3 tot 0,7 micrometer. De onderzoekers denken dat de LIFT techniek ook geschikt is voor andere metalen en combinaties van metalen. Toepassingen zien ze onder meer in 3D elektronica, microsensoren, fotonica en biomedische toepassingen. De kracht van de technologie is volgens hen dat je structuren print die een functie hebben, zoals een mechanische veer.

 

Wat overblijft na het weg etsen van het koper is een mechanische veer van enkele tientallen micrometers hoog.

 

Samenwerking met Demcon

Het onderzoek aan de Universiteit Twente is uitgevoerd door de departementen Mechanics of Solids, Surfaces and Systems (MS3) en Design, Production and Management (DPM), die deel uitmaken van de faculteit Engineering Technology van de Universiteit Twente. De onderzoekers hebben samengewerkt met Demcon. Het artikel over de LIFT techniek verschijnt in de december editie van Additive Manufacturing. De online versie kun je hier al downloaden.

FOTO: het logo van de Universiteit Twente 3D geprint. Werkelijke grootte enkele tientallen micrometers.