鎢鉻、錸納米難熔金屬粉末成為3D列印前沿

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3D列印技術也稱為增材製造，採用這種技術製造金屬器件與我們目前所用的粉末治金工藝有些類似，都是以金屬粉末為基礎構築成件，如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭，用特殊的粘接劑將零件的截面「印刷」在材料粉末上面而成形的。

目前，3D列印技術的難點之一就是使用難熔金屬進行列印，特別是像鎢、鉻、錸這類熔點很高的金屬，更別提納米級粉末顆粒了。多年來，各國的科學家們致力於研究可以實現即有成本效益，又能達到理想性能要求的新工藝。

近期，有外國科學家開發了一種新技術，一種可以使用3D列印技術創建複雜的納米級金屬結構。這種技術將可以用於各種各樣的應用中，例如在微小的計算機晶元上創建3D邏輯電路，又例如製造工程超輕型飛機組件，這種工藝能創建具有不同特性的各類新型納米材料。

在3D列印中，物體是逐層構建的，從而允許創建不需要通過諸如蝕刻或銑削的常規減成方法來製造產品。美國加州理工學院材料科學家在3D印表機組（增材製造機）中設計了一種超薄的三維架構，這種三維架構其光束僅為納米級，太小而不能用肉眼看到新型3-D組列印出各種材料的結構，從陶瓷到有機化合物。此外，科學家也在全力攻關以突破3D列印像鎢和鈦這樣的難熔金屬，尤其是當試圖製造尺寸小於約50微米或約為頭髮寬度一半的微細粉末。

科學家將鎳和有機分子粘合在一起，形成一種看起來很像咳嗽糖漿的液體。他們使用計算機軟體設計了一個結構，然後通過用雙光子激光器來切換液體來構建它。激光在有機分子之間產生更強的化學鍵，將其硬化為結構的構建塊。由於這些分子也與鎳原子結合，所以鎳會結合到結構中。通過這種方式，該團隊能夠列印出三維結構，該結構最初是金屬離子和非金屬有機分子的混合物。

然後把結構放入一個烤箱，在真空室中將其緩慢加熱到1000℃。該溫度遠低於鎳的熔點（1455℃），但足夠熱以蒸髮結構中的有機材料，僅留下金屬。被稱為熱解的加熱過程也將金屬顆粒熔合在一起。

此外，由於該工藝蒸發了大量的結構材料，其尺寸縮小了80%，但仍保持其形狀和比例。最終的縮水是能夠讓結構變得如此之小的重要原因。在這種建造的納米結構中，印刷部分的金屬梁直徑大約是縫紉針尖端尺寸的1/1000。

科學家們仍在提煉他們的技術，雖然剛從鎳開始，但他們有興趣擴展到工業中常用的其他金屬，例如鎢和鈦。同時，科學家也希望使用這種工藝來列印其他材料，包括陶瓷、半導體、壓電材料和其它異種材料。