用于制造复杂金属塑料复合结构的新型3D打印方法

三维(3D)金属-塑料复合结构在智能电子、微/纳米传感、物联网(IoT)设备甚至量子计算中具有广泛的潜在适用性。使用这些结构构建的设备具有更高的设计自由度，并且可以具有更复杂的特征、复杂的几何形状和越来越小的尺寸。但目前制造此类部件的方法既昂贵又复杂。

最近，来自日本和新加坡的一组研究人员开发了一种新的多材料数字光处理3D打印(MM-DLP3DP)工艺，可以制造具有任意复杂形状的金属塑料复合结构。

在解释这项研究背后的动机时，主要作者ShinjiroUmezu教授、早稻田大学的KeweiSong先生和新加坡南洋理工大学的HirotakaSato教授说：“机器人和物联网设备正在以闪电般的速度发展。因此，制造技术它们也必须进化。虽然现有技术可以制造3D电路，但堆叠平面电路仍然是一个活跃的研究领域。我们想解决这个问题，创造出功能强大的设备，以促进人类社会的进步和发展。”

该研究已发表在ACSAppliedMaterials&Interfaces上。

MM-DLP3DP过程是一个多步骤过程，从制备活性前体开始——化学物质可以在3D打印后转化为所需的化学物质，因为所需的化学物质本身不能3D打印。在这里，将钯离子添加到光固化树脂中以制备活性前体。

这样做是为了促进化学镀(ELP)，这是一种描述水溶液中金属离子自动催化还原以形成金属涂层的过程。接下来，MM-DL3DP设备用于制造包含树脂或活性前体嵌套区域的微结构。最后，直接电镀这些材料，并使用ELP添加3D金属图案。

研究团队制造了各种具有复杂拓扑结构的零件，以展示所提出技术的制造能力。这些部件具有复杂的结构，具有多材料嵌套层，包括微孔和微小的中空结构，其中最小的尺寸为40μm。而且，这些部件上的金属纹路非常特殊，可以精确控制。

该团队还制造了具有复杂金属拓扑结构的3D电路板，例如带镍的LED立体电路和带铜的双面3D电路。

“使用MM-DLP3DP工艺，可以制造具有特定金属图案的任意复杂的金属-塑料3D部件。此外，使用活性前体选择性地诱导金属沉积可以提供更高质量的金属涂层。这些因素共同有助于开发高度集成和可定制的3D微电子学，”Umezu、Song和Sato状态。

新的制造工艺有望成为电路制造的突破性技术，并应用于多种技术，包括3D电子、超材料、柔性可穿戴设备和金属空心电极。