給風擋玻璃“貼”上透明“金屬網”
——青島理工大學微納3D打印技術在透明電加熱、透明電磁屏蔽等領域達到工業化應用級別
在眼下的寒冬時節，車主們經常遇到的問題是汽車風擋玻璃起霜起霧，影響駕駛安全。在風擋玻璃上“打印”一層“看不見”的“金屬網”，在通電后不僅可以快速加熱除霜除霧，還不影響玻璃的透光性，如今這種技術正在逐漸走進現實——青島理工大學蘭紅波教授團隊研制出國內首臺具有完全自主知識產權的電場驅動噴射沉積微納3D打印機，并在諸多領域開展了工業化應用探索，其中透明電加熱、透明電磁屏蔽等已經達到工業化應用水平。
對于3D打印這種技術，人們并不陌生，不過市面上常見的3D打印產品多是“大尺度或”“宏尺度”上的。顧名思義，微納3D打印是在微納尺度上進行增材制造。人的一根頭發絲直徑大約為50至80微米，而微納3D打印的構件直徑可以達到幾微米甚至幾十個納米。“我們用微納3D打印機打印的結構用肉眼是看不到的，需要用顯微鏡放大才能看到。”青島理工大學機械與汽車工程學院教授、山東省增材制造工程技術研究中心主任、青島市3D打印工程研究中心主任蘭紅波告訴記者。
蘭紅波（左）和團隊成員用微納3D打印機打印構件。
隨著全球工業4.0時代的到來，生產的高精度、個性化定制等需求越來越多，傳統的減材工藝已經越來越難以滿足制造需求，尤其是傳統光刻、激光加工等微納制造面臨生產成本高、工藝復雜、材料浪費嚴重等不足。微納3D打印的優勢就在于，成本低、工藝簡單、適合各種基材和表面、材料利用高、直接成形復雜三維結構、宏/微跨尺度制造。作為世界科技的前沿技術，微納3D打印技術難度大、門檻高，涉及機械、材料、控制等多學科交叉，該技術長期被美國、德國、日本等少數國家所壟斷。蘭紅波教授帶領團隊成員迎難而上，在國內率先倡導并開展微納3D打印的研究。經過近10年的研究和技術攻關，研制出國內首臺具有完全自主知識產權的電場驅動噴射沉積微納3D打印機，并將該技術應用到透明電極、透明電磁屏蔽、透明電加熱玻璃、陶瓷基電路、共形陣天線、透明天線、微透鏡、可降解管腔支架和組織支架、3D結構電子等產品和行業。
微納3D打印的高性能透明電磁屏蔽玻璃，用于國內軍事領域。
通過幾個例子，人們就可以體會到微納3D打印的“神奇”。通過微納3D打印技術制造的金屬網格，其線寬僅有8微米，而當打印的導線寬度小于20微米時，人用肉眼幾乎就看不到了。這樣一來，把幾乎透明的金屬網格“貼”到風擋玻璃上，通電之后就可以除霜除霧，并且保證玻璃的高透光性。但是，如此高精度的金屬網格如果采用光刻、激光等傳統減材制造技術，價格非常昂貴，在制造過程中還會產生許多廢液廢氣。“減材工藝是‘去除’，就像我們用一塊石頭雕刻一個小物件，大部分材料都被浪費了。特別是一些貴重材料，浪費成本更加高昂。”蘭紅波說，“而我們的工藝是增材，是往上‘長’，材料利用率幾乎是100%，也不存在浪費和污染之說。”除此以外，這種透明金屬網格還可以用到航空航天、國防軍事、精密電子等領域，具有寬頻電磁屏蔽、電磁防護和隱身的功能。
如今，蘭紅波教授團隊正在攻克透明天線的高效打印問題，在不久的將來有望達到工業化生產水平。透明天線的應用領域也非常廣闊，比如在5G時代，信號傳輸需要大量天線，把“透明天線”貼在窗戶玻璃上，就可以接收大量5G信號；隨著無人駕駛技術的探索，汽車也需要接收大量信號，同樣可以用到“透明天線”；此外還可以把輕載透光天線用在衛星的太陽能電池板上，既可以接收信號，又不影響太陽能電池板使用。在生物醫療和康復領域，蘭紅波教授團隊正在攻克導電組織支架，一旦成功，這種導電組織支架就可以用于脊髓和神經的修復，為癱瘓患者帶去福音。（青島日報/觀海新聞記者 王沐源）
責任編輯：王鳳一
