Ved hjælp af innovativ 3-D printmetode, forskere gengiver den millimeter høje Michelangelos David

Forskere i Zürich har gengivet Michelangelos David som en miniature i metal. Deres præstation fremhæver potentialet i en speciel 3-D printmetode udviklet på ETH.

Der er han, stående på sin piedestal:David af Michelangelo. En verdensberømt statue, som næsten alle børn kan genkende. Men denne David er kun 1 millimeter høj, piedestal medfølger, og er ikke lavet af marmor som originalen på 5,17 meter, men af ​​rent kobber.

Det blev skabt ved hjælp af 3-D-print af Giorgio Ercolano fra Exaddon, en udløber af ETH spin-off Cytosurge, sammen med holdet ledet af ETH professor Tomaso Zambelli fra Laboratory of Biosensors and Bioelectronics. Zambelli og hans team udviklede 3-D-teknikken for et par år siden. Forskere kan bruge det til at skabe metalstrukturer på nanometer- og mikrometerskalaen.

Kernekomponenten i processen er en mikropipette koblet til en cantilever; dette gør det muligt at overvåge den kraft, hvormed pipettens spids rører substratet. Med denne forsamling, forskerne kan elektrokemisk deponere opløste metaller på et elektrisk ledende substrat med en høj grad af præcision. Takket være den optiske kraftmåling, der automatiserer processen, de kan bygge små metalstrukturer lag for lag. Exaddon adopterede denne mikrometal printmetode og forbedrede den, især hvad angår dens hastighed.

Gør komplicerede geometrier printbare

Ercolano har nu trykt denne mikro-David for at fremhæve teknologiens potentiale. Før det, forskerne havde for det meste skabt små søjler eller spoler. "Imidlertid, processen giver os mulighed for at udskrive strukturer eller geometrier på alle niveauer af kompleksitet, " siger Ercolano. Skulpturen blev trykt på én gang, uden understøtninger eller skabeloner, og krævede ingen affyring eller temperering. Ercolano og hans kolleger har netop offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Micromachines.

Dataene for David-skulpturen er frit tilgængelige på internettet. "Jeg kunne endda have printet det rum, som statuen står i - dataene inkluderer det også!" siger Ercolano med et grin. Men han valgte at justere datasættet, så han kunne gengive David uden udstillingslokalet.

Nedre størrelsesgrænse fastsat af opløsning

Ercolano trykte David i to størrelser:først som en skulptur kun 1 millimeter høj, og så en ti gange mindre. "Den mindre figur er kun lige så høj som piedestalen på den større, " siger han. Men med så små strukturer, at opnå den nødvendige løsning bliver problematisk. Trykte metalliske mikroobjekter starter typisk ved 1 mikrometer (µm), og for mere komplekse og detaljerede objekter, størrelser spænder fra 100 µm til 1 mm. Med hensyn til tid, også, 1 mm-modellen er en verden væk fra den, der er ti gange mindre:Enheden havde brug for 30 timer for at skabe den "store" David, men kun 20 minutter for den mindre version.

Teoretisk set, systemet kan udskrive objekter op til 5 mm i størrelse, men printerpatronen indeholder kun en mikroliter "blæk" - næsten nok til at fremstille den større David. Men det er også nok "blæk" til at udskrive hundredvis eller endda tusindvis af små genstande, som repræsenterer processens virkelige styrke. Princippet virker

Zambelli er meget tilfreds med resultatet. "Vi er begejstrede for, at en teknologi fra vores forskningslaboratorium har fundet vej til praktisk anvendelse, " siger ETH-professoren, fortsætter:"En uafhængig gruppe var i stand til at adoptere vores 3-D-printteknologi og endda forbedre den - hvilket viser, at det virkelig virker."

Trykningsprocessen er først og fremmest interessant for elektronikindustrien. Med denne metode, producenter kunne forbinde computerchips sammen eller præcist reparere mikroelektroniksystemer. Selvom andre metaller kan udskrives, såsom platin, guld, nikkel eller sølv, kobber er i højeste efterspørgsel. "Ni ud af ti henvendelser handler om kobber, " siger Ercolano.