Onderzoekers van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd een minuscule helix van puur goud te 3D-printen. Met een laser schoten ze gouden microdruppeltjes naar de juiste plek. Samen vormen deze druppels een ingewikkelde helixstructuur van enkele tientallen micrometers groot.
In de wereld van de elektronica geldt: hoe kleiner, hoe beter. Om steeds meer rekenkracht in steeds kleinere apparaten te kunnen stoppen, zijn steeds kleinere componenten nodig. Niet alleen voor een nog betere smartphone, maar bijvoorbeeld ook voor microsensoren die in je lichaam allerlei processen kunnen monitoren. Deze sensoren kunnen behandelingen ondersteunen of ziekten detecteren.
Steeds vaker zijn elektronische componenten met een heel specifieke structuur vereist. Daarvoor is 3D-printen de ideale techniek. De ingewikkeldste structuren die je maar kunt bedenken teken je op de computer uit en stuur je naar de printer. De grootste uitdaging zit hem in het maken van een zo klein mogelijke structuur, die stevig genoeg is voor gebruik in elektronica.
‘Er is heel veel mis met de p-waarde’
De p-waarde is tegenintuïtief en wordt vaak onjuist gebruikt, stelt wiskundige Rianne de Heide. We moeten naar een alternatief.
Hele kleine helix
Enschedese onderzoekers zijn er nu in geslaagd een gouden helix van zo’n dertig micrometer breed te maken, ongeveer een kwart van een menselijke haar. Nog nooit eerder was het gelukt om op zulke kleine schaal een complexe, overhangende structuur te maken. Tot nu toe waren het vooral simpele pilaartjes en kubusjes die uit de micro-3D-printer kwamen rollen.
Beeld: Universiteit Twente
Een helix is een stuk ingewikkelder, zeker als je bedenkt dat de structuur door de printer laag voor laag wordt opgebouwd. De geprinte microhelix kan bijvoorbeeld als elektrische spoel dienen, maar staat ook model voor complexe structuren in het algemeen. Onder het motto: als je een helix kunt bouwen, kun je alles bouwen.
Opofferingsmateriaal
Tijdens het printen gebruikten de onderzoekers een opofferingsmateriaal als ondersteuning, in dit geval koper. Ze printten een pilaar die voornamelijk uit koper bestond, met daarin de gouden helix verborgen. Na het printen legden ze dit hele geval in een goedje waar koper in oplost en goud niet, zodat alleen de helix overbleef. Deze techniek staat bekend als chemisch etsen.
Beeld: Universiteit Twente
Maar hoe print je een pilaar van koper met een gouden helix erin verstopt? Met een laser! De onderzoekers schoten afwisselend korte laserpulsjes op een laagje goud en een laagje koper. De hoge energie van de laser liet druppeltjes metaal smelten en katapulteerde deze druppels richting een ontvangend oppervlak. Daar aangekomen stolden de druppels op de plek waar de onderzoekers ze wilden hebben. Druppel voor druppel en laag voor laag bouwden ze zo de structuur op.
Beeld: Universiteit Twente
Gouden troep
De combinatie van printen en etsen heeft nog een ander bijkomend voordeel. Bij het neerkomen spetteren de druppels een klein deel van het metaal alle kanten op. Hierdoor komt het oppervlak om de structuur heen eruit te zien als een grote bende vol metaaldeeltjes. De overtollige gouddeeltjes raken bij het wegetsen van het koperen omhulsel los en zo wordt de troep efficiënt opgeruimd.
Kan het nog kleiner? Jazeker, maar dan moeten er nog wel wat problemen worden opgelost. De onderzoekers gaan aan de slag om nog kleinere druppels te maken, de druppels nog beter aan elkaar te laten plakken en het spetteren bij het neerkomen te verminderen.
Het onderzoek werd gepubliceerd in Additive Manufacturing.
Titelafbeelding: hoewel helixachtig, bestaat de afgebeelde pastasoort niet uit echte helixjes. Wil je die wel graag op je bord, dan kun je op zoek gaan naar fusilli bucati.