電気化学プロセスを用いたマルチメタル4Dプリンティング

電気化学プロセスを用いたマルチメタル4Dプリンティング
寄稿者: Zhong Qi、Tian Xiaoyong

電気化学付加製造法 (ECAM) は、インペリアル・カレッジ・ロンドン (ICL) によって開発された新しい低コストの金属製造方法です。 ICL チームは最近、ECAM 4D プリントの可能性に関する論文を発表しました。

ECAM は電気メッキの原理に基づいた製造方法で、ジュエリーに貴金属層を追加するためによく使用されます。荷電金属イオンの液体溶液を原料として使用し、これが負に帯電した銅層と接触すると固体金属層を形成します。このプロセスに使用される一般的な材料には、銅、亜鉛、ニッケル、スズなどがありますが、合金も使用できます。基本的に、電気メッキできる金属であれば、ECAM プロセスで使用できます。

図 1 マルチメタル 3D プリント プロセスの概略図。(a) 銅金属電着プロセス。(b) ニッケル金属電着プロセス。選択的レーザー溶融 (SLM) などの他の金属製造技術と比較した電気化学プロセスの利点の 1 つは、複数の金属を融合することが容易になることです。これにより、科学者はさまざまな材料の組み合わせを試し、単一の金属構造では不可能な技術を探求できるようになります。 1 つの技術は、製造後に変形できる物体である 4D プリント金属部品を作成することです。これは論文で説明されている重要な開発の 1 つであり、さまざまな金属で 3D プリントできる能力を実証しています。 2つの異なる金属の熱膨張係数の違いを利用することで、温度に応じて変化する4D構造を設計することが可能です。

通常、4D プリントで使用される材料は、ETH チューリッヒの展開可能なトラス構造や TU デルフトの自動折りたたみチューリップなど、ポリマーに限定されます。ただし、これらのポリマー材料は動作温度によって制限されます。マルチメタル 4D 印刷方法を使用すると、製造された部品をより高い温度で動作させることができます。

ICL チームは、2 つのプリント ヘッドと異なる電解質 (銅/硫酸銅とニッケル/硫酸ニッケル) を使用して、異なる金属を異なる場所に選択的に配置して、図 1 に示すように、マルチメタル 4D プリントを実現しました。

ECAM の新しい機能を実証するために、ICL チームは、図 2 に示すように、回路を制御してライトをオンにするバイメタル ストリップを含む一連の自己組織化構造を 3D プリントしました。この技術を使用すると、外部制御なしでオブジェクトを開閉する構造をプログラムできます。たとえば、温度が高くなりすぎると流れを制限するバルブや、加熱されると自己組織化する構造物を作ることができます。


図2 3Dプリントされたバイメタルストリップによって駆動される単純な回路の回路図と写真 参考文献:
Chen X、Liu X、Ouyang M、et al.デスクトップ電気化学3Dプリンターによるマルチメタル4Dプリンティング[J]。Scientific reports、2019、9(1):3973。

寄稿者: 中 奇、田 暁勇 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

使用、電気の使用、電気化学、電気化学プロセス

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