低熔點金屬3D打印技術研究與應用
3D打印近年來得到了廣泛的關注和研究，低熔點金屬3D打印技術在組織工程、微流道、電子線路和器件等領域有著十分廣泛的應用前景。低熔點金屬有別于傳統3D打印材料，它是指一大類熔點低于200℃的金屬材料，如鎵基、銦基、鉍基合金等。低熔點金屬尤其是室溫液態金屬在印刷電子、制作柔性器件方面正顯現獨特的優勢。小編接下來介紹了幾種新近出現的基于低熔點金屬墨水的3D打印技術。
一、掩膜沉積制造技術
掩膜沉積法（maskdeposition）是近年來研究較多的一種材料成型方法，圖1為其中1種加工流程。另外，也可以將制成的液態金屬圖案進行封裝從而制作柔性器件。嚴格地說，這種成型方式還不能算作打印，但的確可通過墨水輸運裝置來實現加工。這種掩膜沉積加工步驟為：PDMS掩膜板（A）表面涂覆一層液態金屬墨水（B）；然后將掩膜板置于真空環境中（C）并對之擾動（D）；由于凹槽內空氣的排出使得液態金屬填充其中（E）；掩膜板表面過多的液態金屬被刮擦除掉（F）；將銅導線置于凹槽內液態金屬中并將掩膜板放入冰箱（G）；待液態金屬冷卻，將它從掩膜板中取出（H）。
二、紙基電子線路的液態金屬3D打印
紙基電子線路的液態金屬3D打印指的是可以使用液態金屬和封裝材料直接在紙（如銅版紙）上制作電子線路或功能器件的一種打印方法，采用這種原理的一種桌面式打印系統及其打印噴頭結構如圖2所示。該系統采用的是氣壓式印刷方法，注射筒中的液態金屬墨水由此可在氮氣壓力的作用下進入打印噴頭，打印噴頭的尖端采用的是軟毛刷結構，液態金屬墨水被刷印在基底上。打印噴頭的三維運動由機械裝置控制，運動速度程序設置于教導盒中，根據需要可在室溫下制造各種3D金屬構件。
制作紙基電子線路的打印原理如下：首先，在紙面上打印第1層液態金屬電路，然后將室溫硫化（roomtemperaturevulcanizing,RTV）硅橡膠疊印在液態金屬電路之上，起到封裝和電氣絕緣的作用。如果需要打印多層電路，可以在封裝層之上再用液態金屬墨水打印所需線路即可。其打印步驟為：第1步先將液態金屬打印在紙上；
第2步將室溫硫化硅橡膠疊印在第1層液態金屬電路之上作為封裝材料；
第3步將第2層液態金屬電路疊印在硅橡膠層之上。
①電子線路打印過程圖像，插圖為所打印的彎折電子線路；
②用硅橡膠封裝的電氣線條；
③打印的雙層金屬結構；
④打印的紙基線路的三維結構；
⑤打印的LED電路通電時的狀態，圖3（B）為打印的紙基功能器件：①電感線圈；②RFID天線；③打印器件的柔性展示。
三、低熔點金屬的液相3D打印技術
液相3D打印指的是打印過程在液體環境中完成的一種制造方法，液體可以是水、無水乙醇、電解質溶液等液相物質，金屬墨水的溫度需低于液體環境的溫度以保證打印出的物品為固體狀態。圖4是用Bi35In48.6Sn16Zn0.4作為墨水時的打印沉積過程。Bi35In48.6Sn16Zn0.4是Bi基合金的一種，熔點為58.3℃，密度為7.898g/cm3，過冷度為2.4℃。由于過冷度較小，墨水在50～60℃之間即可完成液固相的轉變Bi35In48.6Sn16Zn0.4的熔化焓和比熱容分別為28.94J/g和0.262J/(g·℃)，遠低于其他普通金屬〔例如鋁的熔化焓和比熱容分別為393.0J/g和0.88J/(g·℃)〕。
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