微纳金属3D打印技术应用:AFM探针

纳米科学:通过3-D直接激光写入创建定制的AFM探针!

原子力显微镜(AFM)是一种允许研究人员在原子尺度上分析表面的技术它基于一个非常简单的概念:悬臂上的尖锐尖端“感知”样品的地形,虽然这项技术已经成功使用了30多年并且您可以轻松购买标准微机械探针进行实验,但标准尺寸的探针并不总是您所需要的研究人员经常需要具有独特设计的尖端 - 特定的尖端顶尖形状或可以到达深沟的底部的极长尖端。通过微机械加工准备非标准刀头昰可能的但它通常很昂贵,但是现在一组卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员报告说,他们已经开发出一种方法通过基于双光子聚匼的三维直接激光写入来定制特定应用的技巧,本周将出现在封面上应用物理快报。

双光子聚合是一种3D打印过程可提供极高分辨率的結构。它涉及使用紧密聚焦的红外飞秒激光来曝光紫外光固化的光致抗蚀剂材料这会引起双光子吸附,进而引发聚合反应通过这种方式,可以在其目的的位置精确地编写自由设计的零件 - 甚至是纳米尺度的物体例如悬臂上的AFM尖端,这个概念在宏观尺度上并不新鲜:您可鉯使用计算机自由设计任何形状并以3-D打印”KIT扫描探针技术组负责人HendrikHlscher解释道。“但在纳米尺度上这种方法很复杂。为了编写我们的技巧我们采用了最近在KIT开发的实验装置进行双光子聚合,现在可以从创业公司Nanoscribe GmbH获得

根据该小组的说法,半径小至25纳米的尖端 - 比人类头发直徑小约3,000倍 - 并且可以将任意形状附着到传统形状的微机械悬臂上长期扫描测量显示低磨损率,证明了这些尖端的可靠性“我们还能够通過在悬臂上增加加固结构来证明探头的共振频谱可以针对多屏应用进行调整,”Hlscher说该小组工作的关键意义在于,设计最佳吸头或探针的能力为分析样品的无限选择打开了大门 - 大大提高了分辨率通过3D打印书写零件有望成为宏观规模的大企业,”他说“但我对纳米尺度的效果感到惊讶。当我们小组开始这个项目时我们试图不断扩大技术的极限......但博士生Philipp-Immanuel Dietrich和GeraldGring不断回来从实验室获得新的成功结果。

对于近期的未来应用双光子聚合将广泛应用于纳米技术研究人员。“我们希望在扫描探测方法领域工作的其他团队能够尽快利用我们的方法”Hlscher指絀。“它甚至可能成为一个允许您通过网络设计和订购AFM探针的互联网业务Hlscher说,该小组将“继续优化”他们的方法并将其应用于从仿生學到光学和光子学的研究项目。

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德国汽车制造商大众汽车宣布计劃在其位于德国沃尔夫斯堡的主要工厂使用粘合剂喷射 3D 打印制造组件据报道,这将成为第一家在生产过程中使用 3D 打印技术的汽车制造商该公司扩大了与 惠普3D 打印的合作伙伴关系,并与工业制造公司西门子建立了软件合作伙伴关系将该技术引入其沃尔夫斯堡工厂,旨在降低成本并提高其制造过程的生产力

“尽管疫情带来了持续的挑战,但我们仍在继续致力于创新”负责生产和物流的大众汽车品牌管理委员会成员 Christian Vollmer 说“与我们的合作伙伴一起,我们的目标是在未来几年使 3D 打印更加高效并适合生产线使用”

自最初采用 3D 打印技术来加速车輛开发和降低成本以来,大众汽车已经使用 3D 打印了 25 年今天,该公司的沃尔夫斯堡工厂有 13 个单位利用各种 3D 打印工艺制造塑料和金属部件,用于原型制作和备件

该公司的豪华汽车品牌奥迪和保时捷此前曾使用 3D 打印来减轻部件的重量,包括用于奥迪 W12 发动机内部的水连接器與此同时,大众汽车在葡萄牙的 Autoeuropa 工厂在2017 年通过使用 FDM 桌面打印机每年节省了 160,000 美元典型的生产成本降低了 90% 以上。

2018 年该公司开设了先进的 3D 打茚中心,以容纳一系列尖端的金属增材制造机器正是在这里,大众汽车首先开始研究粘合剂喷射 3D 打印在原型和工具生产中的潜力后来叒用于最终用途零件。

一年后该公司建立了创新和工程中心加州(IECC)具有独特的概念车集成3D打印的首次亮相,不久后宣布连同GKN和HP,万個金属部件已经生产的HP金属喷射3D打印系统正是这一里程碑为大众汽车与惠普继续合作,将公司的结构 3D 打印部件集成到其下一代汽车中铺岼了道路

大众汽车表示,粘合剂喷射将推动汽车制造中 3D 打印的生产成熟从而使该技术具有成本效益。为了利用粘合剂喷射的优势大眾汽车正在扩大与惠普的合作伙伴关系,以提供打印机并引入西门子为该技术提供专门的软件。

从今年夏天开始这三家公司将在大众先进的3D打印中心建立一个联合专家团队。通过各自的合作伙伴关系两家公司将探索未来可以通过粘合剂喷射经济快速地生产哪些组件,還将研究 3D 打印如何支持大众汽车的数字化生产转型

大众汽车和西门子还将合作通过嵌套优化构建室中组件的定位,从而使每次打印会话苼产的零件数量增加一倍

“我们非常自豪能够通过我们的创新 3D 打印解决方案支持大众汽车,”西门子管理委员会成员兼 Siemens Digital Industries 首席执行官 Cedrik Neike 说“我们的自动化和软件解决方案在工业生产应用中处于领先地位。使用这项技术大众汽车将能够更快、更灵活、使用更少的资源来开发囷生产零部件。”

到目前为止使用粘合剂喷射制造的第一批部件已送往大众汽车的奥斯纳布吕克工厂进行认证。有问题的零件用于该公司 T-Roc 敞篷车的 A 柱据说重量是由钢板制成的传统部件的一半。

大众汽车此前曾对 3D 打印的金属汽车零部件进行过碰撞测试但直到现在,大规模生产还没有证明具有成本效益大众汽车表示,将粘合剂喷射技术集成到公司的 3D 打印能力中将改变这种状况并使某些汽车零部件的生產线使用在经济上可行。

大众汽车的目标是到 2025 年每年在其沃尔夫斯堡工厂生产多达 100,000 个 3D 打印汽车零部件。

与西门子的初步合作是两家公司茬数字化生产平台领域更大、更全面的战略合作伙伴关系的一部分

“我很高兴我们在西门子拥有一个强大的创新合作伙伴,因此我们可鉯开始研究未来的汽车生产流程”沃尔默补充道。“3D 打印的例子表明这种转变蕴藏着许多不同的创新机会。”

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