2024年7月4日，据资源库了解，密苏里大学的研究团队开发了一种自由形态多材料组装工艺，能够使用塑料、金属和半导体等材料生产复杂设备。这种方法只需一台机器就能制造由多种材料组成的复杂设备。研究成果最近发表在《自然通讯》杂志上，介绍了一种新颖的3D打印和激光工艺，可以制造包含电子元件的多材料、多层传感器、电路板甚至纺织品。

在塑料材料内部印刷电极的示例，图片来源：Sam O'Keefe/密苏里大学

这项技术通过在结构中打印嵌入式传感器，使机器能够制造出能够感知环境条件（如温度和压力）的物体。对于其他研究人员来说，这意味着可以制造出如同自然界中的物体，例如能够测量海水运动的岩石或贝壳。而对公众而言，这项技术的应用可能包括监测血压和其他生命体征的可穿戴设备。

“这是首次使用这种工艺，它开启了新的可能性，”密苏里大学机械工程博士生、该研究的主要作者郑步景达说道。“我对这个设计非常兴奋。我一直想做一些前所未有的事情，而现在我在密苏里大学实现了这一点。”

博士生郑步景达，图片来源：Sam O'Keefe/密苏里大学

一个主要的优势是，创新者可以专注于新产品的设计，而不必担心如何制作原型。密苏里大学机械与航空航天工程副教授Jian Javen Lin表示：“这为全新的市场打开了可能性，将对可穿戴传感器、可定制机器人、医疗设备等产生广泛影响。”

目前，制造多层结构（如印刷电路板）是一个繁琐的过程，涉及多个步骤和材料。这些过程不仅成本高昂、耗时长，还会产生对环境有害的废物。

“自然界的一切都是由结构和功能材料组成的，”郑说道。“例如，电鳗拥有骨骼和肌肉使其能够移动，同时还有特殊的细胞，可以释放高达500伏的电压来阻止捕食者。这些生物学观察启发了我们开发出制造具有多功能应用的3D结构的新方法，但其他新兴方法存在局限性。”

图片来源：Sam O’Keefe/密苏里大学

为了解决这些问题，密苏里大学的团队开发了一台拥有三个不同喷嘴的机器：一个喷嘴用于添加类似墨水的材料，另一个喷嘴使用激光雕刻形状和材料，第三个喷嘴则添加其他功能材料以增强产品的功能。首先，使用常规3D打印线材（例如聚碳酸酯，一种透明热塑性塑料）制作基本结构。然后，切换到激光将一些部件转换成一种称为激光诱导石墨烯的特殊材料，并将其准确地放置在需要的地方。最后，添加更多材料以增强最终产品的功能。

这项工作得到了美国国家科学基金会（NSF）先进制造计划的资助，NSF I-CorpsTM计划也正在提供资金以探索其商业化潜力。

“I-Corps项目正在帮助我们确定市场的兴趣和需求，”林教授说道。“目前，我们认为其他研究人员会对此感兴趣，但我们相信它最终将使企业受益。通过允许公司内部制作原型，这项技术将大幅缩短设备原型的制造时间。这项技术目前仅在密苏里大学可用，它有望改变产品的制造和生产方式。”

2024年7月4日，据资源库了解，密苏里大学的研究团队开发了一种自由形态多材料组装工艺，能够使用塑料、金属和半导体等材料生产复杂设备。这种方法只需一台机器就能制造由多种材料组成的复杂设备。研究成果最近发表在《自然通讯》杂志上，介绍了一种新颖的3D打印和激光工艺，可以制造包含电子元件的多材料、多层传感器、电路板甚至纺织品。

在塑料材料内部印刷电极的示例，图片来源：Sam O'Keefe/密苏里大学

这项技术通过在结构中打印嵌入式传感器，使机器能够制造出能够感知环境条件（如温度和压力）的物体。对于其他研究人员来说，这意味着可以制造出如同自然界中的物体，例如能够测量海水运动的岩石或贝壳。而对公众而言，这项技术的应用可能包括监测血压和其他生命体征的可穿戴设备。

“这是首次使用这种工艺，它开启了新的可能性，”密苏里大学机械工程博士生、该研究的主要作者郑步景达说道。“我对这个设计非常兴奋。我一直想做一些前所未有的事情，而现在我在密苏里大学实现了这一点。”

博士生郑步景达，图片来源：Sam O'Keefe/密苏里大学

一个主要的优势是，创新者可以专注于新产品的设计，而不必担心如何制作原型。密苏里大学机械与航空航天工程副教授Jian Javen Lin表示：“这为全新的市场打开了可能性，将对可穿戴传感器、可定制机器人、医疗设备等产生广泛影响。”

目前，制造多层结构（如印刷电路板）是一个繁琐的过程，涉及多个步骤和材料。这些过程不仅成本高昂、耗时长，还会产生对环境有害的废物。

“自然界的一切都是由结构和功能材料组成的，”郑说道。“例如，电鳗拥有骨骼和肌肉使其能够移动，同时还有特殊的细胞，可以释放高达500伏的电压来阻止捕食者。这些生物学观察启发了我们开发出制造具有多功能应用的3D结构的新方法，但其他新兴方法存在局限性。”

图片来源：Sam O’Keefe/密苏里大学

为了解决这些问题，密苏里大学的团队开发了一台拥有三个不同喷嘴的机器：一个喷嘴用于添加类似墨水的材料，另一个喷嘴使用激光雕刻形状和材料，第三个喷嘴则添加其他功能材料以增强产品的功能。首先，使用常规3D打印线材（例如聚碳酸酯，一种透明热塑性塑料）制作基本结构。然后，切换到激光将一些部件转换成一种称为激光诱导石墨烯的特殊材料，并将其准确地放置在需要的地方。最后，添加更多材料以增强最终产品的功能。

这项工作得到了美国国家科学基金会（NSF）先进制造计划的资助，NSF I-CorpsTM计划也正在提供资金以探索其商业化潜力。

“I-Corps项目正在帮助我们确定市场的兴趣和需求，”林教授说道。“目前，我们认为其他研究人员会对此感兴趣，但我们相信它最终将使企业受益。通过允许公司内部制作原型，这项技术将大幅缩短设备原型的制造时间。这项技术目前仅在密苏里大学可用，它有望改变产品的制造和生产方式。”