Dmitry Momotenko 박사가 이끄는 연구팀에 따르면 새로운 3D 프린팅 기술은 마이크로일렉트로닉스, 센서 기술 및 배터리 기술에 잠재적으로 응용될 수 있다.

 새로운 3D 나노프린팅 기술은 금속 이온을 음으로 하전된 기판에 증착하여 작은 금속 물체를 생성하는 방식으로 작동한다. ETH 취리히를 통한 이미지. 

적층 제조를 위한 전기도금 적용

ETH/NTU 나노프린팅 접근법은 실제로 제조 세계에서 사용되는 잘 알려진 금속 코팅 기술인 전기도금 공정을 기반으로 한다. 부품을 전기도금하기 위해 제조업체는 양전하를 띤 금속 이온을 염 용액에 부유시킨다. 그런 다음 음으로 대전된 전극이 이 액체 용액에 추가되어 이온이 전극의 전자와 결합하여 중성 금속 원자를 형성한다. 원자는 전극에 코팅으로 증착되고 천천히 표면에 단단한 층을 형성한다. 

Momotenko는 "이 과정에서 고체 금속이 액체 염 용액에서 제조된다. 이 과정은 우리 전기화학자들이 매우 효과적으로 제어할 수 있는 과정이다."고 덧붙였다.

나노프린팅 공정은 정확히 동일한 전제에서 작동하며, 작은 피펫을 사용하여 양전하를 띤 구리 이온을 음전하를 띤 인쇄 표면에 증착한다. 이 경우 팀은 1.6 나노미터 너비의 노즐 팁을 사용했는데, 이는 한 번에 두 개의 구리 이온만 통과할 수 있음을 의미한다. 이것은 여러 전기화학적 인쇄 매개변수와 결합되어 팀이 프린팅된 구조의 직경을 밀접하게 제어할 수 있도록 했다. 이 논문은 인쇄된 물체 중 가장 작은 것이 폭이 25나노미터(구리 원자 195개)로 나왔다고 보고한다.

반면에 기존의 분말 기반 금속 3D 프린터는 일반적으로 현재 연구에서 보다 수천 배 더 큰 마이크론 수준의 해상도에 도달할 수 있다.

Momotenko는 "우리가 작업하고 있는 기술은 금속 인쇄와 나노 규모의 정밀도라는 두 가지 세계를 결합한다."라고 설명한다.

이 접근 방식을 사용하여 수직, 수평 및 경사로 인쇄할 수 있다. ETH 취리히를 통한 이미지. 

금속 3D 나노 프린팅의 응용

흥미롭게도 Momotenko의 팀은 3D 프린팅 프로세스가 수직 구조, 수평 구조, 경사 및 나선을 포함하여 다양한 유형의 물체를 제작할 수 있다는 것을 발견했다. 강력한 접근 방식은 보다 효율적인 에너지 저장 장치, 마이크로일렉트로닉스, 심지어 화학 생산 목적을 위한 3D프린팅 촉매와 같은 새로운 애플리케이션 전체에 적합하다. 

미래 작업이 진행되는 한, 연구원들은 현재 더 작은 리튬 이온 배터리를 3D프린팅하는 기술을 적용하기 위해 노력하고 있다. 설계는 전극의 표면적이 증가하고 전극 사이의 거리가 짧아지는 것을 특징으로 하며, 모두 충전 프로세스의 속도를 높이기 위한 것이다.

연구에 대한 더 자세한 내용은 'Bringing Electrochemical Three-Dimensional Printing to Nanoscale'이라는 제목의 논문에서 확인할 수 있다.

3D 프린팅된 구리 나노구조의 SEM 이미징. ETH 취리히를 통한 이미지. 

연구 영역은 종종 가장 혁신적인 3D 프린팅 기술의 본거지이다. 지난 10월, Loughborough University의 연구원들은 시간이 지남에 따라 프린팅 된 부품의 속성을 변경하여 새로운 형태의 4D 프린팅을 가능하게 하는 새로운 하이브리드 3D 프린팅 기술을 개발했다. 재료 처리 압출 적층 제조(MaTrEx-AM)로 명명된 이 접근 방식은 기존의 압출 기반 3D 프린팅과 화학 처리를 결합한다.

다른 곳에서는 Fraunhofer IWS에서 과학자들이 현재의 거울 기반 레이저 제조 기술보다 "천 배 더 빠를" 수 있는 3D프린팅 시스템의 테스트를 공개했다. 고출력 13KW '다이내믹 빔 레이저'를 중심으로 구축된 이 연구소의 설정은 다양한 에너지 분포 패턴을 빠르게 생성하고 가장 까다로운 재료를 정확하게 프린팅할 수 있다고 한다.