Forskare i Zürich har återgett Michelangelos David som en miniatyr i metall. Deras prestation belyser potentialen hos en speciell 3-D-utskriftsmetod som utvecklats vid ETH.

Där är han, stående på sin piedestal:David av Michelangelo. En världsberömd staty som nästan alla barn kan känna igen. Men den här David är bara 1 millimeter lång, piedestal ingår, och är inte gjord av marmor som originalet på 5,17 meter, men av ren koppar.

Den skapades med 3D-utskrift av Giorgio Ercolano från Exaddon, en utlöpare av ETH spin-off Cytosurge, tillsammans med teamet som leds av ETH-professor Tomaso Zambelli från Laboratory of Biosensors and Bioelectronics. Zambelli och hans team utvecklade 3D-tekniken för några år sedan. Forskare kan använda den för att skapa metallstrukturer på nanometer- och mikrometerskala.

Kärnkomponenten i processen är en mikropipett kopplad till en konsol; detta gör det möjligt att övervaka kraften med vilken pipettens spets vidrör substratet. Med denna församling, forskarna kan elektrokemiskt deponera lösta metaller på ett elektriskt ledande substrat med hög precision. Tack vare den optiska kraftmätningen som automatiserar processen, de kan bygga små metallstrukturer lager för lager. Exaddon använde denna mikrometalltryckningsmetod och förbättrade den, särskilt när det gäller dess hastighet.

Gör komplicerade geometrier utskrivbara

Ercolano har nu tryckt denna mikro-David för att lyfta fram teknikens potential. Innan det, forskarna hade mestadels skapat små kolumner eller spolar. "Dock, processen tillåter oss att skriva ut strukturer eller geometrier av alla nivåer av komplexitet, " säger Ercolano. Skulpturen trycktes på en gång, utan stöd eller mallar, och krävde ingen eldning eller härdning. Ercolano och hans kollegor har precis publicerat sina resultat i tidskriften Micromachines.

Data för David-skulpturen är fritt tillgänglig på internet. "Jag kunde till och med ha skrivit ut rummet som statyn står i - uppgifterna inkluderar det också!" säger Ercolano med ett skratt. Men han valde att justera datamängden så att han kunde reproducera David utan utställningsrummet.

Lägre storleksgräns fastställd av upplösning

Ercolano tryckte David i två storlekar:först som en skulptur bara 1 millimeter hög, och sedan en tio gånger mindre. "Den mindre figuren är bara så hög som piedestalen på den större, " säger han. Men med så små strukturer, att uppnå den nödvändiga lösningen blir problematiskt. Tryckta metalliska mikroobjekt börjar vanligtvis vid 1 mikrometer (µm), och för mer komplexa och detaljerade objekt, storlekar sträcker sig från 100 µm till 1 mm. När det gäller tid, för, 1 mm-modellen är en värld bort från den som är tio gånger mindre:enheten behövde 30 timmar för att skapa den "stora" David men bara 20 minuter för den mindre versionen.

Teoretiskt sett, systemet kan skriva ut objekt upp till 5 mm i storlek, men skrivarpatronen innehåller bara en mikroliter "bläck" - precis tillräckligt för att tillverka den större David. Men det räcker också med "bläck" för att skriva ut hundratals eller till och med tusentals små föremål, som representerar processens verkliga styrka. Principen fungerar

Zambelli är mycket nöjd med resultatet. "Vi är glada över att en teknik från vårt forskningslabb har tagit sig in i praktisk tillämpning, " ETH-professorn säger, fortsätter:"En oberoende grupp kunde använda vår 3D-utskriftsteknik och till och med förbättra den – vilket visar att den verkligen fungerar."

Tryckprocessen är av intresse först och främst för elektronikindustrin. Med denna metod, tillverkare kan koppla ihop datorchips eller reparera mikroelektroniksystem exakt. Även om andra metaller kan tryckas, som platina, guld, nickel eller silver, koppar efterfrågas mest. "Nio av tio förfrågningar handlar om koppar, " säger Ercolano.