两全其美：金属-塑料混合3D打印的新视角

科学家们开发了一种新颖而简单的方法来打印由金属和塑料制成的3D结构，为3D电子学铺平了道路。

目前的3D打印机只使用塑料或金属，传统的用金属覆盖3D塑料结构的方法不环保，效果很差。现在，来自日本早稻田大学的科学家们已经开发出一种金属-塑料混合3D打印技术，这种技术可以在所需的区域生产出具有高度粘附性的金属涂层的塑料结构。这种方法将3D打印机的使用扩展到3D电子设备，用于未来的机器人和物联网应用。

三维(3D)打印技术在过去十年中有了巨大的发展，现在已经可以在工业环境中进行大规模生产。3D打印也被称为“添加制造”，它允许人们直接从原材料中创建任意复杂的3D对象。在熔丝制造(最流行的3D打印工艺)中，塑料或金属由打印头通过小喷嘴熔化和挤压，然后立即凝固并与工件的其余部分熔合。然而，由于塑料和金属的熔点非常不同，到目前为止，这项技术仅限于制造金属或塑料物体。

在最近发表在“添加剂制造”杂志上的一项研究中，来自日本早稻田大学的科学家们开发了一种新的混合技术，可以生产由金属和塑料制成的3D物体。领导这项研究的Umezu Shinsiro教授解释了他们的动机：“尽管3D打印机可以让我们用金属和塑料创建3D结构，但我们周围看到的大多数物体都是两者的组合，包括电子设备。因此，我们认为，如果我们设法使用传统3D打印机来创建由金属和塑料制成的3D物体，我们将能够扩大它们的应用范围。“。

他们的方法实际上是对传统的金属化工艺的重大改进，传统的金属化工艺用于在3D塑料结构上覆盖金属。在传统的方法中，塑料物体被3D打印，然后被浸入含有钯(Pd)的溶液中，钯(Pd)附着在物体的表面。然后，将该件浸入化学镀液中，该镀液使用沉积的Pd作为催化剂，使溶解的金属离子粘附在物体上。虽然在技术上是合理的，但传统的方法产生的金属涂层是不均匀的，并且与塑料结构的附着力很差。

相反，在新的混合方法中，使用了具有双喷嘴的打印机；一个喷嘴挤出标准熔融塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，简称ABS)，而另一个喷嘴挤出加载了PdCl2的ABS。通过使用一个喷嘴或另一个喷嘴选择性地打印层，3D对象的特定区域加载PD。然后，通过化学镀，最终只在选定的区域上获得金属涂层的塑料结构。

科学家们发现，使用他们的方法时，金属涂层的附着力要高得多。更重要的是，由于Pd被负载到原材料中，与传统方法不同，他们的技术不需要对ABS结构进行任何类型的粗化或蚀刻来促进催化剂的沉积。考虑到这些额外的步骤不仅会对3D对象本身造成损害，而且会由于使用铬酸等有毒化学物质而对环境造成损害，这一点尤其重要。最后，他们的方法与现有的熔丝制造3D打印机完全兼容。

Umezu认为，考虑到金属-塑料混合3D打印在3D电子产品中的潜在应用，金属-塑料混合3D打印在不久的将来可能会变得非常相关，这是即将到来的物联网和人工智能应用的重点。在这方面，他补充说：“我们的混合3D打印方法开启了制造3D电子产品的可能性，这样用于医疗和护理的设备和机器人就可以变得比我们今天拥有的要好得多。”

这项研究有望为混合3D打印技术铺平道路，这将使我们能够两全其美-金属和塑料的结合。

井战(A)、田村隆之(B)、李京彤(B)、马正浩(B)、三叶光一(C)、吉野雅弘(C)、梅津真郎(B)、佐藤博孝(A)