Wetenschappers van de Universiteit Twente onthullen in het wetenschappelijke blad Advanced Materials dat zij erin zijn geslaagd om goud en koper te 3D-printen. Dit biedt mogelijkheden voor nieuwe onderdelen en apparaten.
3D-printers worden steeds vaker gebruikt om onderdelen en apparaten te maken. Vaak worden er plastics ingezet, omdat plastics makkelijk te smelten zijn. Het voordeel van metalen is dat ze een stuk steviger zijn en daarnaast goed warmte en elektriciteit geleiden. Als 3D-printers metalen kunnen printen, dan kunnen nieuwe apparaten – zoals kleine koelers of verbindingen tussen gestapelde chips in smartphones – eindelijk gerealiseerd worden met een 3D-printer. “Vooral voor kleine resoluties van 100 nanometer tot 10 micrometer bestonden er nog geen goede oplossingen voor het printen van metaal”, zegt UT-onderzoeker Claas Willem Visser.
De Twentse onderzoekers hebben het grootste probleem van metalen, namelijk het hoge smeltpunt, getackeld. Ook kunnen de piepkleine goud- en koperdruppels gecontroleerd geplaatst worden. “Het is ons nu gelukt met een laser koper en goud te smelten tot micro-druppels en deze gecontroleerd neer te leggen”, vervolgt Visser. “Hierbij wordt een gepulste laser op een metaalfilm gefocust, die vervolgens smelt en vervormt tot een druppel. De druppel wordt opgevangen op een substraat. Door dit herhaaldelijk te doen, kan er worden geprint.”
Pilaren van twee millimeter
Zo kunnen duizenden druppels opgestapeld worden tot micropilaren met een hoogte van twee millimeter en een diameter van vijf micrometer. Daarnaast is het mogelijk om verticale elektrodes geprint in een holte en lijnen van puur koper te maken.
Een huis bouwen met ronde bakstenen
Kun je binnenkort met je huis-tuin-en-keuken-3D-printer goud en koper printen? Nee, want er is een hoge laserenergie nodig. Hiermee wordt de snelheid van de druppels namelijk verhoogd, waardoor deze tijdens de inslag vervormen in een schijf of pannenkoekvorm en vervolgens stollen. In eerdere onderzoeken werd vaak een lage laserenergie gebruikt. Hiermee kunnen kleinere druppels worden geprint, maar de stolling is altijd bolvormig. Dat heeft een nadelige invloed op de stevigheid van de geprinte structuur. Je kunt immers ook geen huis bouwen met ronde bakstenen.
Alles 3D-printen
De onderzoekers willen hun techniek in de toekomst nog verder aanscherpen. Visser: “Een probleem is nog dat de hoge laserenergie ook leidt tot druppels die naast de gewenste locatie op het substraat landen. We begrijpen nog niet voldoende hoe dit werkt en hoe we dit kunnen voorkomen. We gaan dit onderzoeken.” Maar de toekomst belooft heel mooi te worden. Straks kunnen we werkelijk alles 3D-printen. “Het uiteindelijke doel is om schoon printen in metalen, gels, pasta’s, of extreem dikke vloeistoffen mogelijk te maken”, aldus Visser.
Ontwikkelingen
Op Scientias.nl volgen we de ontwikkelingen van 3D-printing op de voet. Zo kreeg het internationale ruimtestation vorig jaar een eigen 3D-printer. Als het straks mogelijk is om onderdelen aan boord van het ruimtelaboratorium te printen, dan hoeft er geen raket gebruikt te worden om de materialen van de aarde naar het ISS te brengen. Daarnaast is het sinds vorig jaar mogelijk om teddyberen te printen. Ook levert de 3D-printer sinds kort meer op dan dat deze kost.
