Klasická metalurgie, tak, jak se dělá po celá staletí, vždy začíná rudou příslušného kovu, která se tepelně nebo chemicky zpracuje, přičemž výsledkem je požadovaný kov či slitina. Mechanické vlastnosti takto vyrobených kovů jsou vždy zaručeně stejné, což má své výhody, ale i omezení. Struktury vytvořené hydrogelovou infuzí by to mohly změnit.
Výzkumný tým kalifornského Caltechu vyvinul metodu, která dovoluje vytvářet kovové objekty přesně definovaného tvaru a složení. Mimo jiné umožňuje výrobu slitin přesně určených vlastností. Chcete stent pro vyztužení cévy či orgánu, který bude mechanicky odolný a současně biologicky kompatibilní? Anebo chcete pevné a současně velmi lehké komponenty pro satelity, které budou létat ve vesmíru dlouhá desetiletí? S uvedenou metodou to není problém.
Julia Greerová a její kolegové upravili postup aditivní výroby hydrogelovou infuzí (HIAM), která se dříve používala k detailnímu vytváření struktur z jednoho typu kovu. Přišli na to, jak tímto způsobem zpracovat více než jeden kov najednou a vytvořit slitiny, které obsahují přesně nastavené množství mědi a niklu.
Proces začíná 3D tiskem organického hydrogelového materiálu, při němž se nanáší polymerní pryskyřice přesně na požadované místo, vrstvu po vrstvě, čímž vznikne gelovitá matrice. Ta se naplní kovovými ionty nalitím roztoku kovových solí. Následně se materiál v procesu zvaném kalcinace spálí, čímž dojde k odstranění veškerého organického obsahu a zůstane směs oxidů kovů. Ta je následně vystavena redukčnímu žíhání v ochranné vodíkové atmosféře, která zabraňuje oxidaci povrchu slitiny a současně redukuje oxidy za vzniku vodní páry. Výsledkem je slitina s požadovanou strukturou.
3D tiskem je z organického hydrogelového materiálu vrstvu po vrstvě vytvořena gelovitá matrice, ze které je následně kalcinací odstraněn veškerý organický obsah; zůstane tak směs oxidů kovů (a);
V posledním kroku metody HIAM se odstraní kyslík, čímž vznikne převážně hustá slitina mědi a niklu v požadované konfiguraci, vytištěné na 3D tiskárně (b); v tomto případě byla zvolena voštinová struktura, ale vytvářet lze obdobně i další
© Thomas Tran / Caltech