Ein Forschungsteam aus Kollaboratives Robotik- und Intelligent Systems Institute am College of Engineering der Oregon State University haben eine Methode für modifizierte, 3D-bedruckbare Metalllegierung. Diese Entwicklung könnte zur schnellen Herstellung von dehnbarer Elektronik führen, einschließlich flexibler Computerbildschirme und weicher Roboter.

Die Studie ist veröffentlicht in der Zeitschrift Fortschrittliche Materialtechnologien.

Das Forscherteam verwendete Ultraschall - die Energie des Schalls - um Nickel-Nanopartikel in Galinstan, eine flüssige Metalllegierung, zu bringen. Der Prozess verdickt das Galinstan zu einer Paste mit einer Konsistenz, die für die additive Fertigung geeignet ist.

Diese Methode ermöglicht den 3D-Druck von hohen, komplexen Strukturen mit einer hoch leitfähigen Galliumlegierung. Vor dieser Entwicklung war die Galliumlegierung zu flüssig, um dreidimensional zu drucken.

"Die flüssige Legierung war unmöglich in hohe Strukturen zu schichten" Yiğit Mengüç, ein Assistenzprofessor für Maschinenbau an der OSU und Co-korrespondierender Autor der Studie, sagte in einer Erklärung.

„Mit der pastösen Textur kann es geschichtet werden, während die Fähigkeit zum Fließen und Strecken innerhalb von Gummischläuchen erhalten bleibt. Wir haben das Potenzial unserer Entdeckung durch den 3D-Druck eines sehr dehnbaren, zweischichtigen Schaltkreises demonstriert, dessen Schichten sich ohne Berührung gegenseitig verweben. “

Galliumlegierungen weisen eine geringe Toxizität und eine gute Leitfähigkeit auf und sind kostengünstig und "selbstheilend", was bedeutet, dass sie an Bruchstellen wieder anhaften können. Infolgedessen werden Galliumlegierungen bereits häufig als leitfähiges Material in der flexiblen Elektronik verwendet.

Vor der Entwicklung dieses Teams war die Verwendung von Galliumlegierungen aufgrund ihrer fließenden Textur auf das Drucken in 2-Dimensionen beschränkt. Durch die Entwicklung einer mit 3D bedruckbaren Galliumlegierung hat dieses Team die Art und Weise geändert, wie flüssige Metalle zur Herstellung flexibler Technologien verwendet werden können.

„Flüssiges Metallmaterial wird nach heutigem Stand der Technik nur in Silikon-Mikrokanäle gespritzt oder übersprüht“ sagte Doğan Yirmibeşoğlu, ein Robotik-Doktorand an der OSU und Co-Autor der Studie.

„Wir wollten die additive Fertigung zur Abscheidung von Flüssigmetall verwenden, um komplexere weiche Sensoren zu erzeugen.“

Für diese Studie verwendeten die Forscher die neu entwickelte Legierung, um Strukturen bis zu 10 mm hoch und 20 mm breit zu drucken.

„Der Flüssigmetalldruck ist ein wesentlicher Bestandteil der flexiblen Elektronik“ Yirmibeşoğlu sagte in einer Erklärung.

"Additive Fertigung ermöglicht die schnelle Herstellung komplexer Designs und Schaltkreise."

Die 3D-Druckpaste bietet eine Vielzahl von Funktionen, die dem Bereich der flexiblen Elektronik zugutekommen können.

"Es kann einfach und schnell gemacht werden" Uranbileg Daalkhaijav, eine Doktorandin in Chemieingenieurwesen an der OSU und Co-korrespondierenden Autor, sagte in einer Erklärung.

"Die strukturelle Veränderung ist dauerhaft, die elektrischen Eigenschaften der Paste sind vergleichbar mit reinem Flüssigmetall und die Paste behält ihre Selbstheilungseigenschaften."

Die Entwicklung könnte den Weg für die Herstellung einer Reihe von Produkten ebnen, einschließlich tragbarer Technologie, biegbaren Displays, Antennen und biomedizinischen Sensoren.

Die Forscher wollen einige Eigenschaften der Paste untersuchen. Sie werden die genaue Struktur der Paste untersuchen, wie sich die Nickelteilchen stabilisieren und wie sich ihre Struktur im Laufe der Zeit verändert.

Sie hoffen, dass diese Entwicklung zur Entwicklung von voll funktionsfähigen 3D-gedruckten Soft Robots führen könnte.

"Unser nächster Schritt ist die Kombination dieser 3D-Flüssigmetalldruckmethode mit dem Weichstoffdruck, damit wir Weichroboter herstellen können, die direkt nach dem Druck funktionieren", sagte er Yirmibeşoğlu.