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Aug 31, 2023

Imprimez des objets métalliques 3D à température ambiante à l'aide d'un gel métallique conducteur

Ed Brown Professeur Michael Dickey : Eh bien, c'est une bonne question. La vérité est que j’avais un très bon élève qui était curieux et qui nous a en quelque sorte fait avancer dans cette voie. Mais il y a un peu d'histoire

Ed Brown

Professeur Michael Dickey : Eh bien, c'est une bonne question. La vérité est que j’avais un très bon élève qui était curieux et qui nous a en quelque sorte fait avancer dans cette voie. Mais il y a un peu d’histoire qui a précédé cela. Notre groupe travaille depuis une quinzaine d’années sur les métaux liquides. Habituellement, lorsque je parle aux gens de métaux liquides, ils pensent au mercure. Mais il s’agit en réalité de métaux constitués d’alliages de gallium.

Si vous regardez le tableau périodique, le gallium se trouve juste en dessous de l’aluminium. Vous vous souvenez probablement, en première année de chimie, que si les choses se trouvent dans la même colonne du tableau périodique, elles sont comme des frères ou des sœurs. Ainsi, le gallium et l’aluminium sont très similaires, sauf que le gallium a un point de fusion très bas. Nous avons étudié ce matériau, en essayant principalement de trouver des moyens de le modéliser, car il nous permet de créer des choses comme des circuits électriques.

À la surface des liquides, y compris de l’eau, la tension superficielle leur fait généralement former des formes sphériques. Mais le gallium liquide a une forme plutôt funky. La raison pour laquelle il a cette forme est que le métal réagit avec l'air et forme un oxyde. Si vous prenez un peu d’acide, les vapeurs suffisent à dissoudre l’oxyde. Et sans cela, le métal perle comme une sphère.

Voilà donc les 10 dernières années de ma vie.

Nous utilisons ce phénomène à notre avantage. Fondamentalement, une fine coque se forme rapidement sur le métal et est suffisamment solide pour que vous puissiez réellement l'imprimer en 3D. C’est intéressant car on peut imprimer des métaux à température ambiante et réaliser des formes. Cela ne serait pas possible si vous essayiez de le faire avec de l'eau, du café ou à peu près tout autre liquide que vous rencontrez dans votre vie quotidienne.

Dickey : Vous avez posé une question sur l'arrière-plan : c'est l'espace dans lequel nous travaillions. Lorsque nous distribuons le liquide à partir d'une buse, il sort sous forme de gouttelette, car la manière dont cette substance s'écoule est comme de l'eau, mais elle forme ensuite une coquille dessus. la surface. Pendant longtemps, j'aurais préféré que ce produit se dispense davantage comme du dentifrice ou comme un gel.

Le défi est de savoir comment le faire sortir et extruder comme un cylindre ? Vous en avez besoin pour faire plusieurs choses. La première consiste à pouvoir le distribuer à partir d’une buse. Et puis, une fois sorti de la buse, vous voulez qu’il conserve sa forme – ce sont les exigences minimales. Mais au-delà de cela, vous voulez qu’il soit conducteur et, espérons-le, qu’il ait des propriétés mécaniques décentes. Nous voulions que ce soit un liquide afin de pouvoir l'utiliser pour fabriquer des fils extensibles, avec le métal liquide à l'intérieur d'un tube en caoutchouc. Les fils sont vraiment extensibles car ce sont des liquides à l'intérieur du caoutchouc. Il est extensible comme le caoutchouc mais reste conducteur comme un métal.

Mais je me suis toujours demandé s'il était possible d'imprimer un métal à température ambiante et de le solidifier ensuite. Et la réponse est oui. C'est ce que nous avons fait avec ce gel métallique. Pour cette œuvre, nous nous sommes inspirés des châteaux de sable, construits à partir de grains de sable. Cela ne fonctionnera pas s'ils sont trop secs ou trop humides, mais s'ils reçoivent un peu d'eau comme du sable mouillé, vous pouvez construire un château. La raison pour laquelle vous pouvez le construire est qu'il y a un petit pont appelé pont pendulaire, ou pont liquide, qui rassemble les particules de sable. Dans notre cas, les sphères remplies de métal liquide seraient comme les particules de sable. Nous nous demandions donc si nous pouvions faire cela, mais au lieu de grosses particules de sable, nous avons de grosses particules de cuivre : les ponts seraient-ils en métal liquide ? A nouveau la réponse est oui.

Nous mélangeons des particules de cuivre avec le métal liquide puis un peu d'eau. Le pH est de 1 car nous ne voulons pas d'oxyde à cet endroit pour pouvoir former des liaisons métal-métal. Nous mélangeons simplement ces éléments et si vous obtenez la bonne composition, vous formez un gel, un peu comme du dentifrice.

Vous pouvez imaginer que si vous êtes un électron, il y a désormais un chemin à parcourir, alors que sans le métal liquide, les particules de cuivre ne sont pas en bon contact.

Dickey : L’essentiel avec le gel est que vous devez disposer d’un réseau. Imaginez un réseau où toutes les particules, ou la plupart d'entre elles, sont connectées entre elles. Il y a un chemin qui traverse tout le matériel. C'est presque comme un squelette à l'intérieur du liquide – un cadre qui maintient le matériau ensemble.