Precisie 3d-printen van goud en koper gelukt

Wetenschappers van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd om metalen met een hoog smeltpunt met grote precisie 3d te printen. In dit geval gaat het om goud en koper. De metalen werden gesmolten met laserlicht tot microdruppels en vervolgens opgevangen op een substraat.

Dat schrijft de universiteit op haar site. Op deze manier kunnen ook goed geleidende producten uit een 3d-printer rollen, zoals kleine koelelementen of verbindingen tussen gestapelde chips.

Printen in verschillende metalen gebeurt al langer, onder andere via lasersintering, ook wel selective laser sintering genoemd. Een laser smelt laag na laag het poeder om tot een vast product, waarbij een toevoertafel het sinterpoeder omhoog duwt, terwijl het object op een andere tafel naar beneden zakt. Na het sinteren moet het object ook nog verhit worden tot vlak onder het smeltpunt van het sinterpoeder.

Maar lasersintering heeft een paar nadelen, legt hoofdonderzoeker Claas-Willem Visser aan Tweakers uit. Het bereiken van een hoge resolutie is lastig en je hebt altijd een bed nodig om op te printen. Op de door de onderzoeksgroep ontwikkelde wijze is het halen van een hoge resolutie wel mogelijk. Er zit natuurlijk wel een addertje onder het gras: om metalen met een hoog smeltpunt vloeibaar te maken, is een hoge temperatuur nodig, dus printen zoals met plastics kan, is niet mogelijk.

De oplossing werd gevonden in het smelten van koper en goud met een laser tot microdruppels en deze gecontroleerd neer te leggen. Dit wordt bereikt door een gepulste laser op een metaalfilm te focussen. De film smelt en vervormt tot een druppel. Die druppel wordt opgevangen op een substraat. Door dit vele malen achter elkaar te doen, kan er geprint worden op een heel hoge resolutie. Het artikel in Advanced Materials beschrijft hoe duizenden druppels gestapeld worden tot micropilaren van 2mm hoog en een diameter van 5 micrometer.

Het printen van metalen door ze te laten smelten met een laser, is niet nieuw. Wat wel nieuw is, is het gebruik van hoge laserenergie: de druppels slaan daardoor extra hard in, waardoor ze stollen als schijf-vorm. Bij lagere laserenergieën stollen de druppels altijd bolvormig, iets wat nadelig is voor de stevigheid van de structuur. Verschillende laserenergieën zorgen ook voor verschillende druppelvormen en uitkomsten. Nadeel van de hoge laserenergie is wel dat de druppels soms naast de gewenste locatie belanden, iets wat nog opgelost moet worden.

Reacties (28)

[Verwijderd]

Vooral dat koper is interessant voor het maken van circuits. Geen PCB's meer nodig, gewoon een 3d constructie printen met een vulmiddel.
Hopelijk is de techniek die gebruikt word snel beschikbaar voor de hobbyist.

[KoffieAnanas]

Ik heb het printen met druppels gesmolten goud en koper al jaren geleden gezien, maar het probleem was het substraat waarop geprint wordt en de hechting tussen de druppels. Je wilt eigenlijk dat die druppels niet meer te onderscheiden zijn en bijvoorbeeld 1 pilaar massief homogeen koper of goud vormt.

Als je gloeiendhete druppels metaal (goud/koper) print op een substraat, dan wil je dat die druppels in gesmolten vorm landen, en voldoende energie houden om aan de reeds bestaande druppel vast te smelten. De bestaande, reeds geprinte druppel moet dus ook iets smelten om een homogeen geheel te vormen met de nieuwe druppel. Als de druppel op het substraat valt of op een andere metaaldruppel, en de temperatuur is niet voldoende hoog, dan stolt het metaal al voordat het goed hecht. Bij koper en goud krijg je dan minder goede geleiding. En in zijn algemeenheid wordt het geprinte bros. Print je met druppels die heet genoeg zijn, dan moet je een substraat hebben dat bestand is tegen die hele hoge temperaturen. Een PCB gaat dat niet redden, die is niet bestand tegen die hoge temperaturen.

Één probleem met andere methodes is wel opgelost. Bij andere methodes moet je vaak uit een smelt printen, dichtbij het te printen oppervlak. Dit zorgde er voor dat het hele printoppervlak wordt blootgesteld aan hele hoge temperaturen. Dat is hier niet het geval.

[MSalters]

Je zou je kunnen voorstellen dat je een iets minder krachtige laser gebruikt om de landingplaats van die druppel voor te verwarmen.

Die puls kan vrij kort zijn, waardoor je de totale hoeveelheid warmte beperkt houd. Je hoeft alleen de bovenste micrometer te smelten. Het substraat heeft hier geen last van. Vergelijk het met DVD branders: de brandtemperatuur is veel hoger dan dat het plastic aankan, maar dit is geen probleem omdat de verhitting erg lokaal is.

[KoffieAnanas]

Dat zou inderdaad een mogelijkheid kunnen zijn. Ik zie dit sowieso al als de beste oplossing in vergelijking met de oplossingen die ik tot nu toe voorbij heb zien komen. Het fundament is er, nu de rest van de hordes nog...

[MeltedForest]

Of.. je eigen ontwerp cpu cooler printen, bijvoorbeeld voor je custom casemod, hoe vet zou dat zijn

[sjettepetJR.]

eigen vorm PCB maken voor je videokaart? er zit een heleboel ongebruikte ruimte in de meeste computer kasten.

[aadje93]

die "ongebruikte ruimte" is in gebruik voor de airflow . Kijk maar eens in bedrijfshallen hoe groot de luchtkanalen zijn, kan ook prima door een 1" (inch) slangetje geperst worden toch?

[xoniq]

Dan zit je wel met montage e.d.

[DP Kunst]

Componenten op de kop in een (geprinte) mal leggen om vervolgens op de contacten te kunnen printen / druppelen.

[Andrehj]

@Bonobo:
Ik zou er niet op rekenen. Voorlopig werkt dit alleen nog maar in een laboratorium, en wordt het ook in de gespecialiseerde industrie nog nergens toegepast.
Mocht dit procedé ooit op redelijke schaal in de industrie worden toegepast, dan nog zullen er maar zeer weinig consumenten belangstelling voor hebben, waardoor de laaggeprijsde consumentapparatuur, die kan profiteren van economy-of-scale (denk aan de auto-industrie) er nooit zal komen.
Analoog hieraan: Sinds enige decennia zijn er heel mooie processen om plaatmaterialen te snijden (lasersnijden en waterstraalsnijden). Maar ken jij iemand met een lasersnijmachine in zijn hobbyschuur?

[Verwijderd]

Kijk ook eens in de kelder, je onderschat hier stevig de DIY community. Zowel een (zelfgemaakte) 3D printer/frezer als een laser cutter staat al lang bij menige hobbyist.

[dudee]

Ik ben bang dat metaal printen niet gaat werken omdat het gewoon nooit homogeen word. jij krijgt nooit door je hele werkstuk de zelfde samenstelling en zelfs al zou je precies overal die 4% koolstof krijgen, wat krijg je precies? Hoe ga je ervoor zorgen dat je overal rand cementiet en austeniet krijgt? Buiten om de vorm is cruciaal hiervoor, hoe grover de kristallen hoe minder sterk het is.

Natuurlijk kan je het gaan gloeien/ontlaten maar je zal in mijn mening nooit 1 sterk stuk materiaal krijgen zoals je anders bij het koudwalsen ontlaten en dan draai/frees proces wel hebt.

[the_stickie]

3D printing wordt vooral ingezet voor rapid prototyping en voor zeer specifieke (deel) vormen.
Met de huidige stand van zaken zal het wellicht ook de komende jaren gangbare productie methoden niet vervangen. Deels omwille van de mechanische eigenschappen en omdat de bestaande technieken sterk geoptimaliseerd zijn (kwaliteit, kost,...).
Je ziet nu ook al dat afhankelijk van de vereisten verschillende productie technieken gebruikt worden, zowel verspanend/subtractief als additief. 3D printen vult al die mogelijke bewerkingen aan met een manier om met relatief grote precisie additief te werken met relatief geringe werkvoorbereiding (geen mal nodig bv). Dat daarbij metalen gebruikt kunnen worden, opent allerhande nieuwe mogelijkheden, bijvoorbeeld in de electrotechniek. Dat de eindsterkte niet maximaal is, hoeft niet persé een probleem te zijn.

[dudee]

inderdaad, je kan vrij snel beginnen met iets te maken, al vind ik het "rapid" vrij overdreven.. Waar een 3d printer er lang over doet op het moment (not mentioning de vlakheid/ruwheid en tolerantie) zal een verspanende machine het in dezelfde tijd net zo snel doen. Maar inderdaad voor de toekomst zal dit natuurlijk geweldig zijn als ze het wel goed gaan krijgen.

toch blijf ik sceptisch op het gebied van warmtebeheersing, snelheid en de nauwkeurigheid.

[the_stickie]

Rapid prototyping is niet alleen 3D printen. Het is zo snel mogelijk een werkend prototype hebben (en dus inboeten aan kost, afwerking, reproduceerbaarheid, ...) en tegenwoordig een hele industrie.
Er zijn wellicht heel veel toepassingen waar traditionele productiemethoden verkiesbaar zijn, maar dat doet geen afbreuk aan d sterke kanten van 3Dprinten. Hoe meer keuze, hoe beter!

Overigens is dit jonge technologie die we sowieso beter alle kansen geven. Misschien blijkt dit printen met metaal wel het ei van Colombus in een of andere nichemarkt zoals biomedische of elektrotechniek.

[zonoskar]

Lasersnelheden? Wordt er misschien frequentie bedoeld? De snelheid van een laser (=licht) is normaal constant.

/edit: Ik heb het in het feedback forum gedumpt, er wordt waarschijnlijk laserenergieën bedoeld.

[Reactie gewijzigd door zonoskar op 23 juli 2024 11:22]

[tellavist]

Ik denk dat er: 'Laserenergie' wordt bedoeld.

[Synthiman]

Ik denk dat er: 'Laserenergie' wordt bedoeld.

Met frequentie bedoelt men de puls-frequentie...

Dit wordt bereikt door een gepulste laser op een metaalfilm te focussen.

[GleNnoS_]

Met Selective Laser Sintering (SLS) / Selective Laser Melting (SLM) is het wel degelijk mogelijk om een "homogeen" product te krijgen en het wordt ook al toegepast voor Rapid Manufacturing. Het gaat hier (volgens mij) voornamelijk om een productietechniek waarbij het mogelijk is om met een hoge resolutie en zonder poederbed metaal te printen.

[Verwijderd]

Precisie 3d-printen van goud en koper gelukt

Wow een alchemist.

Een belangrijk doel van alchemie in de Arabische en westerse traditie was het vervaardigen van de Steen der wijzen, om gewone metalen in goud te veranderen,

Volgens mij klopt de titel niet, het moet met i.p.v. van zijn.

[Flappiewappie]

Nee hoor,

De precisie 3d printen - zijn - van goud en koper en gebeuren -met- behulp van lasers.

[wilcozzz]

Netjes ingekleurd.

[MeanGreen]

Is dit ook toepasbaar voor bijvoorbeeld juwelen? Of is het alleen technisch mogelijk voor hele kleine onderdelen van een paar laagjes dik?

[Wolfos]

Shapeways verkoopt al tijden 3D geprinte juwelen. Ook van goud en andere metalen.

[Verwijderd]

Er staat in het artikel:

"Bij lagere laserenergieën stollen de druppels altijd bolvormig, iets wat nadelig is voor de stevigheid van de sturctuur."

Vooral dat laatste woord valt mij op

[darknessblade]

iniedergeval wel een betere ontwikkeling.

zal in de loop van de jaren wel worden verfijnd.

[suprcow]

we sculpturen met materie