微纳3d黑色金属材质参数3D打印技术应用：AFM探针？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-07-05 07:20 标签： 3d黑色金属材质参数
2020-11-20 16:37
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云尚智造
微纳金属3D打印是在原子力显微镜平台上通过微流控制技术和电化学的方法实现微纳金属3D结构成型。可以在70微米的成型空间相当于人的头发丝截面内完成打印，且具备一定的机械性能。可实现2微米细节，可打印材料包括金，银，铜，铂等。
在直径0.06mm的头发上进行金属3D打印相信很多人听了都觉得不可思议无法完成，什么机器可以完成在头发丝上进行打印？现在跟大家介绍一下这款亚微米分辨率的金属 3D打印机， 由Exaddon AG开发的CERES系统可在环境条件下直接3D打印金属。该系统通过增材制造来构建亚微米分辨率的复杂结构，从而在微电子，MEMS和表面功能化等领域开辟了新视野。
CERES系统的示意图。该系统由直观的操作员软件控制，位于防震台上。控制器硬件位于桌子下方。
逐个体素和逐层执行打印过程，该过程允许90° 悬垂结构和独立式结构。金属打印工艺是基于体素的。体素定义为基本3D 块。体素以定义的坐标逐层堆叠，形成所需的2D或3D
几何形状。没有支撑结构的独立式结构和90°悬垂角度是可行的，带来了真正的设计自由度。通过离子尖偏转的实时反馈使打印过程自动化。当体素到达完成时，体素的顶侧与尖端相互作 用，使悬臂偏转微小量。该过程非常类似于以接 触模式运行的AFM悬臂。如果达到用户定义的偏转阈值，则将体素视为已打印。然后将尖端快速 缩回至安全的行进高度，然后移至下一个体素。
悬臂的体素坐标，打印压力和挠曲阈值在csv文件中指定。该文件已加载到打印机的操作员软件中。csv文件由Exaddon提供的设计助手（即所谓的Voxel Cloud Generator）生成。或者，可以通过任何能够导出纯文本文件的第三方软件来生成文件。
建立， 用于打印结构的电化学装置。稳压器施加电压以控制还原反应。体素由离子溶液构成，通过微流体压力控制器将离子溶液从离子尖端中推出，该微流体压力控制器以小于1mbar的精度调节施加的压力。在恒电位仪施加的适当电压下，还原反应将金属离子转化为固体金属。客户定义的离子溶液以及Exaddon提供的离子墨水可用于保证打印质量。离子溶液的一个例子是硫酸铜（CuSO4）在硫酸 （H2SO4）中的溶液。在工作电极上发生以下反 应：Cu2 +（aq）+ 2e-→Cu（s）。
像大多数电镀技术一样，电解池也需要导电液槽才能工作。在这种情况下，打印室将在pH = 3的水中充满硫酸，以使电流流动。对于在其上发生沉积的工作电极需要导电表面。稳压器控制用户定义的电位，并通过石墨对电极在电化学电池中提供电流。Ag / AgCl参比电极用
于测量工作电极电势。将所有电极浸入支持电解质中。两个高分辨率摄像头（顶视图和底视图）可实现离子头装载，打印机设置和打印结构的可视化。内置了计算机辅助对齐功能，可以在现有结构上进行打印。用于在例如芯片表面上预定义的电极上打印。该软件在打印期间和之后向用户提供每个体素遇到的成功，失败或困难的反馈。CERES系统还执行其他过程，例如2D纳米光刻和纳米颗粒沉积。该系统开放且灵活，因此用户也可以设计定制的沉积工艺。CERES系统是用于学术和工业研究的有前途的工具。它在微米级金属结构的增材制造中提供了空前的成熟度和控制能力。
目前微纳金属3D打印更多应用在微纳米加工、微纳结构研究、太赫兹芯片、微电路修复、微散热结构、微米高频天线、微观雕塑等领域，让这些领域中很多不可能变成了可能。更多关于3D打印的介绍请搜索关注云尚智造，欢迎您来咨询交流。返回搜狐，查看更多
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在3D打印行业的商业化过程中，寻找杀手级应用成为关键目标。德国风险投资基金AM Ventures投资了一些初创公司，涵盖了从电动机到热交换器的广泛领域。其中，有一家公司Vectoflow，专注于3D打印流量测量系统。Vectoflow在细分市场中找到了一个完美的结合点，将增材制造的优势发挥到极致。
2023年5月20日，南极熊获悉，德国Vectoflow公司利用金属3D打印技术生产高性能探头，用于气体和流体动力学测量。这些探头在航空航天、汽车、能源和工业领域中发挥关键作用。
△Vectoflow利用3D打印技术实现多个探头于一体（多孔、静压、总压、温度）
使用3D打印优化流量检测
Vectoflow的联合创始人兼执行合伙人Christian Haigermoser在GE和BMW工作期间，开始考虑使用3D打印技术改进流量测量工具。他与联合创始人Katharina Kreitz合作完成了相关研究，并为创建Vectoflow公司奠定了基础。他们的目标是利用3D打印技术提高测量探头在各种应用中的准确性和灵活性。
由于现有的3D打印机无法满足Vectoflow制造优化探头设计所需的细节，为了满足打印这类小物体的要求，Vectoflow及合作伙伴必须对EOS机器进行精确调整，并开发专门的后处理步骤，以确保完全去除粉末并保护探头垫的精细加工。
通过与合作伙伴3D MicroPrint的合作，Vectoflow可以打印比传统激光粉末床融合系统制造更小的探针。此外，他们计划购买一台EOS机器，以进一步提高打印效果。这样的内部生产能够提高产品质量并缩短交货时间。通过3D打印制造精细部件，Vectoflow改善了测量设备的性能和操作方式。
△使用3D MicroPrint技术3D打印的探针
Vectoflow公司可提供直径仅为3毫米的3D打印金属探针产品，内部有五个直径为0.2毫米的通道。这个尖端可以与内部开发的压力测量工具连接，用于跟踪涡轮机压缩机叶片内空气的速度和方向。
由于Vectoflow能够获得精细的细节，因此探头集成到最终部件中，使得数据更加可靠。这些探头可以用于飞行发动机的压缩机叶片、无人机外部部件的皮肤等领域。在汽车领域，客户可以在风洞中使用这些探头来测量汽车的阻力，而在其他领域，它们可以用于跟踪系统内冷却空气的流动。
△Vectoflow的内部风洞用于探头校准
持续增长
Vectoflow成立于2015年，并在2016年获得了前两个机构的投资。公司由17名工程师组成的团队，他们具有航空航天和电子等领域的背景。
另外，该公司甚至拥有自己的风洞，可以以高达1.3马赫的速度对探测器进行校准。由于市场需求非常高，该初创公司目前正在建立第二个风洞。
△Vectoflow部分客户名单
探索的主要市场
Vectoflow在70个国家和80个研究机构拥有约300名客户，主要集中在汽车、工业机械和航空航天三个垂直领域。这些客户包括一些知名制造企业，如西门子、丰田和空客。虽然Vectoflow的探头主要用于测试目的，但公司的目标是成为正在运行的应用的供应商。
经过对风洞、汽车和飞机、喷气发动机内外的多种测量方法的探索，Vectoflow将其主要关注点缩小到两个特定市场：航空，尤其是无人机和风力涡轮机。飞机的速度与地速不同，必须考虑风速和其他影响其飞行方式的变量。
Haigermoser解释说：“当操作无人机，例如货运无人机时，您希望测量无人机的流速。中型无人机通常需要粗略测量速度，而更大的无人机，如军用无人机，则需要更精确地测量攻角、流向无人机的气流、飞行高度和速度。因此，每架飞机都配备了这样的传感器。我们通过提供低成本和高端模块的两种解决方案来满足不同需求。”
Vectoflow利用精确的探头来优化涡轮机发电系统，通过测量涡轮机的未对准情况来关注与风相关的变量。
AM Ventures助理Alexander Schmoeckel对Vectoflow探针的前景充满信心，认为其具有成本效益的优势和最小的数据依赖性将推动无人驾驶航空运输的发展。他们的创新技术将改善无人机的使用和效率，并能够测量以前无法测量的物体。此外，Vectoflow的先进技术在风能市场具有巨大潜力，可以优化清洁能源生产和提升风力涡轮机的性能。这项革命性的技术使Vectoflow成为无人机和风力涡轮机探头大规模制造的领导者之一。
△e-Genius-Mod无人机，由纯电动翼尖推进系统提供动力，并配备Vectoflow VectoDAQ 3D打印空气探测系统
探针是3D打印的理想用例之一
3D打印是Vectoflow探针的理想技术，也是3D打印的理想应用案例。产品尺寸适合批量生产，成本也低廉。Haigermoser解释说，Vectoflow的优势在于可以定制复杂零件并以合理成本批量生产。目前，大约80%的的客户需求探针定制，仅有20%采用标准，但这些比例未来一定会发展翻天覆地的变化。
通过3D打印技术实现了设计自由度的提升、复杂性的增加，并满足了高温和高压环境的要求。此外，金属3D打印技术还使得生产时间缩短、成本降低，为 该公司提供了竞争优势。因此，Vectoflow是一个充分展示了增材制造潜力的成功案例之一。
审核编辑 ：李倩

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