激光诱导纯金属正向转移//向3D打印( Laser-induced forward transfer of pure metals // Towards 3D printing )

R Pohl

与传统的生产方法相比，增材制造具有许多优点，例如增加了设计的自由度和适合于可变批量的无工具生产。特别是印刷概念为快速原型和制造获得了时间，因为它允许在设计新产品方面前所未有的自由，并且不受粉末床熔化方法的缺点（如选择性激光熔化）的限制。然而，基于喷嘴的金属印刷仍然具有挑战性，因为大多数金属的熔化温度与印刷喷嘴内的部件相似。因此，金属印刷一直局限于低熔点金属和含金属油墨，它们通常没有针对其他材料性能（例如强度、导电性和腐蚀速率）和成本进行优化。激光诱导正向转移(LIFT)是一种直接写入方法，可以直接沉积多种材料，包括铝、铬、铜、金、镍和钨等金属。在金属提升过程中，激光脉冲的能量被金属吸收，导致热应力波的产生或部分金属膜的蒸发，从而导致金属微液滴的喷射。随后，将液滴沉积在将要印刷产品的接收基板上。然而，这些液滴的确切喷射机制仍在争论中。因此，本文对铜和金在皮秒和纳秒提升过程中的弹射机理进行了详细的研究。进行了高速成像实验，以便可视化与注量有关的弹射动力学，从而识别和表征升力过程中的弹射状态。为了解释这些喷射状态，评估了金属膜中的物理条件。为此，采用数值双温模型计算了材料对吸收激光脉冲的响应。在此基础上，对激光诱导应力松弛和金属薄膜汽化两种驱动机制进行了研究和讨论。结果表明，产生的应力分布是解释弹射动力学和弹射注量阈值的关键。除喷射动力学外，还讨论了沉积过程以及尺寸为微米的复杂金属零件的生产。因此，提出的工作提供了通过制造高宽高比铜和金柱来证明的完全3D打印能力的首次研究。除了液相金属液滴的印刷外，还研究了金属薄膜在固相中的转移。为此，我们开发了一种先进的LIFT装置，并成功地应用于薄膜的固相转移实验。

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