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。”
|
你可能喜欢
人工智能与3D打印技术结合,实现小型核反应
最新《Nature》:动态界面3D打印
石墨烯增强混凝土能否推动可持续建筑? UVA
杜克大学:新型无溶剂3D打印材料,可用于医
推荐课程
神奇的3D打印
SLA3D打印工艺全套培训课程 - 软件篇
3D打印月球灯视频教程 包括完整贴图建模流
【原创发布】Cura软件修改二次开发定制视频