Många mättekniker, såsom spektroskopi, dra nytta av möjligheten att dela en enda ljusstråle i två för att mäta förändringar i en av dem. Den avgörande enheten som separerar strålen är stråldelaren. Dessa har mest varit begränsade till ljusstrålar, där man helt enkelt använder ett delvis reflekterande glas.

EPFL -forskare har nu utvecklat en liknande anordning för att dela upp strålar av molekyler, där högspänningselektroder används för att styra molekylernas rörelse inuti ett vakuum. Elektroderna är byggda med en innovativ metod som kombinerar 3D -utskrift och galvanisering för tillverkning av komplexa metallstrukturer. Samma tillvägagångssätt kan också användas i ett brett spektrum av andra experiment. Den nya metoden publiceras i Fysisk granskning tillämpad och övervinner tidigare tillverkningsproblem och öppnar därmed nya vägar.

Sean Gordon och Andreas Osterwalder vid EPFL:s Institute of Chemical Sciences and Engineering, utvecklat den nya tillverkningsmetoden, och demonstrerade det genom att konstruera den komplicerade kombinationen av elektroder som krävs för att styra och dela strålar av molekyler. Produktionsmetoden tillåter inte bara komplexa former utan också dessutom, påskyndar produktionen med en faktor 50-100.

Tekniken börjar med att 3D-skriva ut en plastbit och sedan galvanisera ett 10 μm tjockt metallskikt på den. Galvanisering är en etablerad teknik inom olika branscher som bilindustrin, tillverkning av smycken, eller VVS. Det använder vanligtvis elektrolys för att belägga ett ledande material med ett metallskikt. "men plätering av tryckta bitar har inte gjorts tidigare i samband med vetenskapliga tillämpningar, säger Andreas Osterwalder.

För att göra de tryckta plastbitarna ledande och därmed mottagliga för galvanisering, de förbehandlades först genom ett särskilt förfarande som utvecklats av företaget Galvotec nära Zürich. När det första ledande skiktet applicerades, bitarna kunde behandlas som om de var metalliska. Det första steget kan appliceras selektivt på vissa delar av det tryckta stycket, så att den slutliga anordningen innehåller vissa områden som är metalliska och ledande medan andra förblir isolerande.

Denna process gjorde det möjligt för forskarna att bygga två elektriskt oberoende högspänningselektroder från en enda tryckt plastbit och med rätt geometri för stråldelning. Under tiden, proceduren möjliggör ett nästan fritt val av beläggningsmetallen, inklusive några som skulle vara mycket svåra att bearbeta.

Detta tillvägagångssätt gav också ytor som inte har några repor, urtag eller nötning. Den molekylära stråldelaren som används för att bevisa den nya metoden är en struktur baserad på mycket komplexa elektroder som kräver oklanderliga ytegenskaper och hög precision. "Allt kommer gratis när du använder 3D-utskriftsmetoden, säger Andreas Osterwalder.

Tillsammans med kostnaden, den nya 3D -utskrift/galvaniseringsmetoden minskar också drastiskt produktionstiden:Traditionell tillverkning av sådana strukturer kan ofta ta flera månader. Men i EPFL -studien, alla komponenter skrevs ut inom 48 timmar och galvanisering tog bara en dag. Den kortare tiden möjliggör mycket snabb omsättning och mer flexibilitet vid utveckling och testning av nya komponenter.

Till sist, 3D-utskrift använder ett helt digitalt arbetsflöde – elektroderna skrivs ut direkt från en dator och kräver ingen manuell inmatning. Detta innebär att en exakt kopia av en komplett experimentell installation kan reproduceras var som helst genom att helt enkelt överföra en datorfil.

Den nya tillverkningsmetoden belyser den enorma potential som 3D-skrivare har för grundforskning, inom en mängd olika forskningsområden. Det visar särskilt att vi nu snabbt kan producera kemiskt robusta elektriskt ledande stycken med hög precision och till låg kostnad, eftersom 3D -utskrift är praktiskt taget obegränsad när det gäller design och konstruktioners geometri.