電化學(xué)增材制造（ECAM）是倫敦帝國理工學(xué)院（ICL）開發(fā)的低成本金屬制造的新方法。ICL團(tuán)隊(duì)于2017年8月對Advanced Materials Technologies的技術(shù)展示進(jìn)行了擴(kuò)展，最近發(fā)表了一篇關(guān)于ECAM 4D打印潛力的論文。

Billy Wu博士是新的ECAM科學(xué)報(bào)告文章的三位作者之一。在擔(dān)任ICL戴森設(shè)計(jì)工程學(xué)院能源與制造高級講師期間，Wu博士還是該大學(xué)的增材制造網(wǎng)絡(luò)（AMN）的聯(lián)合負(fù)責(zé)人。近日，他接受了媒體的采訪。

無激光金屬增材制造

     ECAM是一種基于電鍍原理的制造方法，通常用于為珠寶首飾添加更多有價(jià)值的金屬層。它使用帶電金屬離子的液體溶液作為原料，在與帶負(fù)電的銅床接觸時(shí)產(chǎn)生固體金屬層。如Wu博士所解釋的，用于該過程的常用材料包括“銅，鋅，鎳和錫”，盡管也可以使用合金。“基本上，”他補(bǔ)充道，“任何可以電鍍的金屬都可以用于ECAM工藝。”

      例如，依賴于激光功率的電化學(xué)工藝優(yōu)于其他金屬制造技術(shù)的益處之一是，將多種金屬熔合在一起變得更容易。反過來，這使科學(xué)家們可以嘗試不同的材料組合，并探索單一金屬結(jié)構(gòu)中不可能實(shí)現(xiàn)的可能性。一種這樣的可能性是產(chǎn)生4D打印金屬物體，即在制造之后能夠變形的物體。正如Wu博士所說，這是該團(tuán)隊(duì)最新報(bào)告的關(guān)鍵發(fā)展之一，“我們現(xiàn)在已經(jīng)展示了使用多種金屬進(jìn)行打印的能力。”

“由于兩種不同金屬的熱膨脹系數(shù)存在差異，因此我們能夠設(shè)計(jì)出可隨溫度變化的4D結(jié)構(gòu)。”

適用于高溫應(yīng)用的4D打印

     正如Wu博士在我們的談話中正確指出的那樣，4D打印通常僅限于聚合物，例如蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）可展開的桁架和代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）的自動折疊郁金香。“然而，”他補(bǔ)充說，“這些[聚合物]受其工作溫度的限制。”Wu博士補(bǔ)充說，他的團(tuán)隊(duì)最新研究背后的驅(qū)動因素是：“采用4D金屬打印方法，可以實(shí)現(xiàn)更高的溫度操作。”

     此外，為了增強(qiáng)ECAM開發(fā)的最初目的，“被動驅(qū)動簡化了復(fù)雜物品的設(shè)計(jì)，使其更便宜、更可靠（更少的部件）、更節(jié)能。”

為了實(shí)現(xiàn)多金屬4D打印，ICL團(tuán)隊(duì)在2017年的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)以研制出現(xiàn)有的ECAM系統(tǒng)：“通過簡單添加另一種打印頭，使用不同的電解質(zhì)銅/硫酸銅和鎳/鎳硫酸鹽，”Wu博士解釋說，“我們能夠選擇性地在不同地點(diǎn)沉積不同的金屬。”

自動開關(guān)燈

為了展示ECAM的新功能，ICL團(tuán)隊(duì)3D打印了一系列自組裝結(jié)構(gòu)，包括“雙金屬條控制電路打開燈”。

進(jìn)一步描述這種裝置，Wu博士說：“因此，我們可以在一個(gè)結(jié)構(gòu)中編程，無需外部控制即可開啟和關(guān)閉物體。例如，如果溫度過高，我們可能會制造一個(gè)可以限流的閥門。或者制作加熱時(shí)自組裝的結(jié)構(gòu)。”