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近年來，微米尺度金屬增材制造技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并廣泛應用于光學、微機器人、微電子學等領域。目前，微米尺度3D金屬結(jié)構(gòu)可以采用聚焦電子/離子束誘導沉積、激光感應光致還原等3D打印技術(shù)直接制備而成，或者采用雙光子聚合3D打印技術(shù)結(jié)合電鍍技術(shù)多步制備而成。其中，基于金屬離子局部電化學還原反應的電化學沉積技術(shù)被認為具有極大的優(yōu)勢：該技術(shù)無需進行任何后處理，而且可制備致密性好、導電、無污染的金屬樣件。然而，如何在保持打印分辨率的情況下提高打印速率是該技術(shù)面臨的一個難題。
本研究論文是基于中空原子力顯微鏡(AFM)懸臂梁的金屬電化學沉積3D打印系統(tǒng)，在保持電場電勢和體素高度不變的情況下，研究了施加壓力和噴嘴直徑對體素水平尺寸的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在打印過程中保持噴嘴直徑不變，針對施加壓力的實時調(diào)整可以實現(xiàn)體素面積兩個數(shù)量級的跨越，并且通過改變施加壓力，使用孔徑為500nm的噴嘴成功制備了四根線徑不同的銅線圈。基于以上研究，該技術(shù)通過精確調(diào)整體素尺寸不僅可以實現(xiàn)同一打印樣件從亞微米級到亞毫米級的跨尺度制作，而且還可以顯著提高打印速率。該技術(shù)使用銅作為金屬打印材料，但同樣適用于其他電鍍金屬。
圖1. 基于中空AFM懸臂梁金屬電化學沉積3D打印系統(tǒng)示意圖及打印過程示意圖
圖2. 使用孔徑為500nm的噴嘴打印的四根線徑不同的銅線圈的SEM圖，其中，a圖和b圖是同一結(jié)構(gòu)的兩種不同視圖
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