借助中空AFM懸臂梁實現亞微米-亞毫米金屬微結構的增材制造

目前，微米尺度金屬結構的增材制造主要采用三種策略：微立體光刻模板的金屬化、金屬材料的轉移-燒結以及原位金屬合成。其中，基于金屬離子局部電化學還原反應的電化學沉積3D打印技術采用原位金屬合成的方式，無需進行任何后處理。該技術使用金屬鹽溶液作為原料，在打印過程中，金屬鹽溶液通過打印噴嘴噴射到導電基底上，當溶液接觸到基底時，金屬離子發生還原反應形成金屬沉積層。

本研究論文介紹了一種基于力學控制的金屬電化學沉積3D打印技術，該技術采用中空原子力顯微鏡(AFM)懸臂梁在標準三電極電解池中局部噴涂金屬離子，從而發生局部電鍍反應。中空懸臂梁偏轉反饋信號可以實時監測體素的生長，進而實現打印過程的自動化；而且該技術無需進行參數校準，可在導電基底任意位置進行打印。基于以上優勢，該技術可自動成型任意形狀的3D結構。研究人員利用該技術打印了兩個不同比例的大衛雕像銅復制品。雖然銅是最合適的電沉積金屬，但該技術同樣適用于可宏觀電鍍的所有金屬。

圖1. 基于力學控制的電化學沉積3D打印技術制備兩個并排支柱的示意圖

圖2. 比例為1:10000和1:70000的大衛雕像復制品的SEM圖。a-c：比例為1:10000、高度為700μm的復制品；圖a插圖、圖b插圖及d圖：比例為1:70000、高度為100μm的復制品