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首页-风暴-「ISO认证平台」

2022-12-24 11:20:03 yqs888 9

首页-风暴-「ISO认证平台」报道,摘要:金属增材制造(AM)能够生产从航空航天到生物医学领域的高价值和高性能组件。逐层制造绕过了传统金属加工技术的几何限制,允许拓扑优化的零件快速和有效地制造。现有的AM技术依赖于热启动熔炼或烧结进行零件成型,这是一个昂贵和材料有限的过程。作者报道了一种AM技术,通过还原光聚合(VP)生产具有微尺度分辨率的金属和合金。三维构建的水凝胶注入金属前体,然后煅烧和还原,将水凝胶支架转化为微型化的金属复制品。这种方法代表了VP的范式转变;只有在构造完成后才选择材料。与现有的VP策略不同,作者的方法不需要对不同材料的树脂和固化参数进行重新优化,实现了快速迭代、成分调整和制造多材料的能力。现有的VP策略在打印过程中将目标材料或前体纳入光树脂中。作者演示了临界尺寸约为40 μm的金属的AM,这是用传统工艺制造的挑战。这种水凝胶衍生的金属具有高度孪晶的微结构和异常高的硬度,为制造先进的金属微材料提供了途径。

金属调幅主要通过粉末床熔合和定向能沉积工艺实现。一层一层的工艺可以制造金属多材料和功能梯度复合材料,但这种基于激光的工艺很难生产出铜等材料;高热导率和低激光吸收率导致熔炼或烧结的热引发和局部化困难。VP是一种很有前途的替代方法,它利用光引发的自由基聚合来成型零件。数字光处理(DLP)打印通过将二维紫外线图像投射到光树脂槽中,同时固化整个三维结构层来实现这一点。DLP具有高打印速度,已被证明具有亚微米分辨率,并具有从鞋底直接制造到COVID-19检测拭子的多种商业应用。VP主要用于聚合物,也被证明用于玻璃和陶瓷。然而,由于将适当的前体作为溶液、浆液或无机-有机混合物加入到光树脂中所面临的挑战,无机材料的选择仍然有限。因此,通过VP制造金属仍然是一个挑战。Oran课题组通过使用水凝胶作为“纳米制造反应器”演示了纳米尺度银的AM,其中双光子激活引导前驱体的浸润以体积沉积三维材料。Vyatskikh课题组通过使用双光子光刻技术对含有丙烯酸镍的无机有机树脂进行刻印,随后进行热解和H2还原,证明了纳米镍的AM。然而,这些开创性的工作仅限于材料范围,需要对每一种新材料进行复杂的树脂设计和优化。其它不常用的金属AM技术,如直接墨写(DIW)和材料喷射(MJ)分别使用喷嘴挤压和粘合剂的控制沉积来确定零件形状。这些方法规避了使用热来确定零件形状的挑战;采用DIW和MJ法制备了铜材料,但均未制备出特征尺寸在100 μm以下的铜件。

作者开发了一种基于VP的AM技术,创造了水凝胶灌注增材制造(HIAM),它可以从单一的光树脂组合物中制造出广泛的微结构金属和合金。作者使用三维体系结构水凝胶支架作为后续原位材料合成反应的平台,如图1a所示。为了制备金属微晶格,作者用DLP打印了N,N-二甲基甲酰胺(DMF)-/聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGda)基的体系结构有机凝胶。DLP打印步骤定义了最终部分的形状。打印后,溶剂交换将DMF替换为水,将有机凝胶转化为水凝胶。然后将水凝胶结构浸泡在金属盐前驱体溶液中,使金属离子膨胀水凝胶支架。在空气中煅烧将金属盐膨胀的水凝胶转化为金属氧化物,随后减少形成气体(95%的N2,5%的H2),生成设计建筑的金属或合金复制品。在整个过程中,零件形状,在DLP印刷中定义与保持,每个尺寸经历约60-70%的线性收缩,同时在煅烧过程中有约65-90%的质量损失。

为了证明HIAM与之前基于凝胶的VP AM技术相比的多功能性,作者使用HIAM制备了铜、镍、银及其合金的八元体晶格结构(工艺步骤如图1b-1e所示),以及更复杂的材料,如高熵合金CuNiCoFe和难熔合金W-Ni (图1f)。这些材料需要进一步发展;介绍了CuNiCoFe和W-Ni的制备和表征。作者还制备了Cu/Co等多种材料(图1g和1h)。


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