近年來，3D打印技術(shù)不斷進步，已成功用于制造各種物品，如玩具、家具和電子元件。隨著3D打印設(shè)備的價格越來越便宜，人們開始探索將其應(yīng)用于制造可穿戴設(shè)備的軟電子元件。

盡管3D打印在這方面具有很大潛力，但迄今為止，它在生產(chǎn)復(fù)雜而靈活的電子產(chǎn)品方面的應(yīng)用還很有限。其中一個原因是使用現(xiàn)有的油墨很難打印出能導電的固態(tài)彈性材料。

顯示稀釋型導電彈性油墨與KIST乳液型導電彈性油墨之間差異的示意圖，來源：《自然·電子學》

最近，韓國科學技術(shù)研究院的研究人員展示了一種成功制造導電彈性部件的3D打印方法。他們在《自然·電子學》雜志上的一篇論文中介紹了他們提出的打印策略，該研究可能為大規(guī)模打印可穿戴設(shè)備的多功能和可拉伸組件鋪平道路。

該圖顯示了KIST墨水的可印刷性、可拉伸性和特征尺寸，來源：《自然·電子學》

該研究團隊使用自己設(shè)計的一種新型乳液基復(fù)合墨水來實現(xiàn)彈性導電體的3D打印。這種特殊的墨水由液體成分分散在導電彈性體（一種導電的橡膠材料）中而成。

“由于現(xiàn)有油墨的流變特性通常只能進行逐層沉積，因此打印具有三維幾何形狀的固態(tài)彈性導體具有挑戰(zhàn)性，”Byeongmoon Lee、Hyunjoo Cho及其同事在論文中寫道。

他們解釋說：“我們證明了使用導電彈性體復(fù)合材料、不混溶溶劑和乳化溶劑構(gòu)成的乳液系統(tǒng)可用于全向印刷彈性導體。復(fù)合材料的黏彈性提供了結(jié)構(gòu)完整性，使得我們可以直接打印獨立、絲狀和平面外的三維幾何形狀，并提供印刷的穩(wěn)定性，同時防止噴嘴堵塞?！?br />

與常用的3D打印油墨相比，研究人員使用的復(fù)合墨水具有許多優(yōu)勢。特別是，它具有粘彈性、剪切稀化和潤滑性能，可以更好地支持復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的打印。

“印刷的固有可拉伸導體結(jié)構(gòu)具有小于100微米的最小特征尺寸和超過150%的拉伸性能，”Lee、Cho及其同事在他們的論文中補充道：“乳液中分散的溶劑相蒸發(fā)后，形成微細的、表面定位的導電網(wǎng)絡(luò)，從而提高了導電性能?！?br />

圖中顯示了帶有KIST 3D打印布線的溫度傳感器，來源：《自然·電子學》

為了展示他們的3D打印方法和設(shè)計的乳液墨水的潛力，研究人員打印了彈性互連器，并利用它制造了一款帶有可拉伸顯示器的可穿戴溫度傳感器。該設(shè)備表現(xiàn)出良好的性能，而同樣的方法很快也可以用于制造各種其他可拉伸和導電的組件。

在論文中，Lee、Cho及其同事強調(diào)了將他們的方法與3D掃描技術(shù)相結(jié)合的可能性，以創(chuàng)造與人體形狀完美對齊的軟電子產(chǎn)品，從而使用戶佩戴更加舒適。此外，他們所創(chuàng)造的墨水還可以激發(fā)其他基于乳液的油墨的開發(fā)，這些油墨雖然基于不同成分和彈性體，但具有類似的工作原理。

3D打印技術(shù)在制造導電的彈性部件方面的進展，為可穿戴設(shè)備的發(fā)展提供了新的可能性。隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展和改進，我們有望看到更多具備復(fù)雜功能、靈活可變的電子產(chǎn)品問世，為我們的生活帶來更多便利和創(chuàng)新。

近年來，3D打印技術(shù)不斷進步，已成功用于制造各種物品，如玩具、家具和電子元件。隨著3D打印設(shè)備的價格越來越便宜，人們開始探索將其應(yīng)用于制造可穿戴設(shè)備的軟電子元件。

盡管3D打印在這方面具有很大潛力，但迄今為止，它在生產(chǎn)復(fù)雜而靈活的電子產(chǎn)品方面的應(yīng)用還很有限。其中一個原因是使用現(xiàn)有的油墨很難打印出能導電的固態(tài)彈性材料。

顯示稀釋型導電彈性油墨與KIST乳液型導電彈性油墨之間差異的示意圖，來源：《自然·電子學》

最近，韓國科學技術(shù)研究院的研究人員展示了一種成功制造導電彈性部件的3D打印方法。他們在《自然·電子學》雜志上的一篇論文中介紹了他們提出的打印策略，該研究可能為大規(guī)模打印可穿戴設(shè)備的多功能和可拉伸組件鋪平道路。

該圖顯示了KIST墨水的可印刷性、可拉伸性和特征尺寸，來源：《自然·電子學》

該研究團隊使用自己設(shè)計的一種新型乳液基復(fù)合墨水來實現(xiàn)彈性導電體的3D打印。這種特殊的墨水由液體成分分散在導電彈性體（一種導電的橡膠材料）中而成。

“由于現(xiàn)有油墨的流變特性通常只能進行逐層沉積，因此打印具有三維幾何形狀的固態(tài)彈性導體具有挑戰(zhàn)性，”Byeongmoon Lee、Hyunjoo Cho及其同事在論文中寫道。

他們解釋說：“我們證明了使用導電彈性體復(fù)合材料、不混溶溶劑和乳化溶劑構(gòu)成的乳液系統(tǒng)可用于全向印刷彈性導體。復(fù)合材料的黏彈性提供了結(jié)構(gòu)完整性，使得我們可以直接打印獨立、絲狀和平面外的三維幾何形狀，并提供印刷的穩(wěn)定性，同時防止噴嘴堵塞?！?br />

與常用的3D打印油墨相比，研究人員使用的復(fù)合墨水具有許多優(yōu)勢。特別是，它具有粘彈性、剪切稀化和潤滑性能，可以更好地支持復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的打印。

“印刷的固有可拉伸導體結(jié)構(gòu)具有小于100微米的最小特征尺寸和超過150%的拉伸性能，”Lee、Cho及其同事在他們的論文中補充道：“乳液中分散的溶劑相蒸發(fā)后，形成微細的、表面定位的導電網(wǎng)絡(luò)，從而提高了導電性能?！?br />

圖中顯示了帶有KIST 3D打印布線的溫度傳感器，來源：《自然·電子學》

為了展示他們的3D打印方法和設(shè)計的乳液墨水的潛力，研究人員打印了彈性互連器，并利用它制造了一款帶有可拉伸顯示器的可穿戴溫度傳感器。該設(shè)備表現(xiàn)出良好的性能，而同樣的方法很快也可以用于制造各種其他可拉伸和導電的組件。

在論文中，Lee、Cho及其同事強調(diào)了將他們的方法與3D掃描技術(shù)相結(jié)合的可能性，以創(chuàng)造與人體形狀完美對齊的軟電子產(chǎn)品，從而使用戶佩戴更加舒適。此外，他們所創(chuàng)造的墨水還可以激發(fā)其他基于乳液的油墨的開發(fā)，這些油墨雖然基于不同成分和彈性體，但具有類似的工作原理。

3D打印技術(shù)在制造導電的彈性部件方面的進展，為可穿戴設(shè)備的發(fā)展提供了新的可能性。隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展和改進，我們有望看到更多具備復(fù)雜功能、靈活可變的電子產(chǎn)品問世，為我們的生活帶來更多便利和創(chuàng)新。