Home Forschung & Bildung L-PED Microscale Metall 3D-Druck

L-PED Microscale Metall 3D-Druck

Die Universität von Texas hat ein elektrochemisches 3D-Metalldruckverfahren entwickelt, welches nicht nur das Drucken im Mikromaßstab nach dem free-form Prinzip sondern auch eine bessere in-situ Kontrolle der Metallmikrostrukturen während des Druckvorgangs ermöglicht. Das als localized pulsed electrodeposition (L-PED) bezeichnete Verfahren scheidet dabei durch wiederholtes Anlegen eines Stroms Ionen aus einem Elektrolyten eines ausgewählten Metalls ab. Eine bewegte Düsenspitze über dem Substrat erzeugt so 3D-Mikrostruktur zwischen dem leitenden Substrat und der Düse.

Eine der Herausforderungen bei der Herstellung von Metallstrukturen im Mikromaßstab ist die Kontrolle der Materialeigenschaften. Beim L-PED Verfahren die in situ Kontrolle über die Makrostruktur signifikant besser als bei anderen verfügbaren Prozessen sein.

Das Forscherteam berichtete über eine Stromausbeute von 90 ± 5% unter Standardbedingungen, was minimale Verunreinigungen und Sauerstoff impliziert. Der kritischste Parameter ist die Steuerung der durchschnittlichen Stromdichte, die sich direkt proportional zur durchschnittlichen Abscheidungsrate verhält. Eine schnellere Abscheidungsrate erhöht dabei auch die Dichte der Zwillingsgrenzen. Dem Forscherteam gelang die erfolgreiche Kontrolle von Dichte, Orientierung der Zwillingsgrenzen und der Korngröße von Kupferstrukturen. So gedruckte Geometrien wie freistehende Drähte, Mikrosäulen und schichtweise aufgebaute Strukturen zeigten verbesserte mechanische und elektrische Eigenschaften.

L-PED könnte künftig zur Herstellung von funktionalen Anwendungen wie Sensoren, mikroelektromechanische Systeme (MEMS), Optiken und elektronische Geräte verwendet werden. Das Verfahren wurde mit einer begrenzten Auswahlaus an Metallen wie Kupfer, Platin und Gold getestet. Die Verarbeitung von anderen Metallen und Legierungen mittels L-PED müssen erst erforscht werden.

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