2024年7月4日，據(jù)資源庫了解，密蘇里大學(xué)的研究團隊開發(fā)了一種自由形態(tài)多材料組裝工藝，能夠使用塑料、金屬和半導(dǎo)體等材料生產(chǎn)復(fù)雜設(shè)備。這種方法只需一臺機器就能制造由多種材料組成的復(fù)雜設(shè)備。研究成果最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上，介紹了一種新穎的3D打印和激光工藝，可以制造包含電子元件的多材料、多層傳感器、電路板甚至紡織品。

在塑料材料內(nèi)部印刷電極的示例，圖片來源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

這項技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)中打印嵌入式傳感器，使機器能夠制造出能夠感知環(huán)境條件（如溫度和壓力）的物體。對于其他研究人員來說，這意味著可以制造出如同自然界中的物體，例如能夠測量海水運動的巖石或貝殼。而對公眾而言，這項技術(shù)的應(yīng)用可能包括監(jiān)測血壓和其他生命體征的可穿戴設(shè)備。

“這是首次使用這種工藝，它開啟了新的可能性，”密蘇里大學(xué)機械工程博士生、該研究的主要作者鄭步景達說道?！拔覍@個設(shè)計非常興奮。我一直想做一些前所未有的事情，而現(xiàn)在我在密蘇里大學(xué)實現(xiàn)了這一點。”

博士生鄭步景達，圖片來源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

一個主要的優(yōu)勢是，創(chuàng)新者可以專注于新產(chǎn)品的設(shè)計，而不必?fù)?dān)心如何制作原型。密蘇里大學(xué)機械與航空航天工程副教授Jian Javen Lin表示：“這為全新的市場打開了可能性，將對可穿戴傳感器、可定制機器人、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)生廣泛影響。”

目前，制造多層結(jié)構(gòu)（如印刷電路板）是一個繁瑣的過程，涉及多個步驟和材料。這些過程不僅成本高昂、耗時長，還會產(chǎn)生對環(huán)境有害的廢物。

“自然界的一切都是由結(jié)構(gòu)和功能材料組成的，”鄭說道。“例如，電鰻擁有骨骼和肌肉使其能夠移動，同時還有特殊的細胞，可以釋放高達500伏的電壓來阻止捕食者。這些生物學(xué)觀察啟發(fā)了我們開發(fā)出制造具有多功能應(yīng)用的3D結(jié)構(gòu)的新方法，但其他新興方法存在局限性?！?br />

圖片來源：Sam O’Keefe/密蘇里大學(xué)

為了解決這些問題，密蘇里大學(xué)的團隊開發(fā)了一臺擁有三個不同噴嘴的機器：一個噴嘴用于添加類似墨水的材料，另一個噴嘴使用激光雕刻形狀和材料，第三個噴嘴則添加其他功能材料以增強產(chǎn)品的功能。首先，使用常規(guī)3D打印線材（例如聚碳酸酯，一種透明熱塑性塑料）制作基本結(jié)構(gòu)。然后，切換到激光將一些部件轉(zhuǎn)換成一種稱為激光誘導(dǎo)石墨烯的特殊材料，并將其準(zhǔn)確地放置在需要的地方。最后，添加更多材料以增強最終產(chǎn)品的功能。

這項工作得到了美國國家科學(xué)基金會（NSF）先進制造計劃的資助，NSF I-CorpsTM計劃也正在提供資金以探索其商業(yè)化潛力。

“I-Corps項目正在幫助我們確定市場的興趣和需求，”林教授說道。“目前，我們認(rèn)為其他研究人員會對此感興趣，但我們相信它最終將使企業(yè)受益。通過允許公司內(nèi)部制作原型，這項技術(shù)將大幅縮短設(shè)備原型的制造時間。這項技術(shù)目前僅在密蘇里大學(xué)可用，它有望改變產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)方式?！?

2024年7月4日，據(jù)資源庫了解，密蘇里大學(xué)的研究團隊開發(fā)了一種自由形態(tài)多材料組裝工藝，能夠使用塑料、金屬和半導(dǎo)體等材料生產(chǎn)復(fù)雜設(shè)備。這種方法只需一臺機器就能制造由多種材料組成的復(fù)雜設(shè)備。研究成果最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上，介紹了一種新穎的3D打印和激光工藝，可以制造包含電子元件的多材料、多層傳感器、電路板甚至紡織品。

在塑料材料內(nèi)部印刷電極的示例，圖片來源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

這項技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)中打印嵌入式傳感器，使機器能夠制造出能夠感知環(huán)境條件（如溫度和壓力）的物體。對于其他研究人員來說，這意味著可以制造出如同自然界中的物體，例如能夠測量海水運動的巖石或貝殼。而對公眾而言，這項技術(shù)的應(yīng)用可能包括監(jiān)測血壓和其他生命體征的可穿戴設(shè)備。

“這是首次使用這種工藝，它開啟了新的可能性，”密蘇里大學(xué)機械工程博士生、該研究的主要作者鄭步景達說道?！拔覍@個設(shè)計非常興奮。我一直想做一些前所未有的事情，而現(xiàn)在我在密蘇里大學(xué)實現(xiàn)了這一點。”

博士生鄭步景達，圖片來源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

一個主要的優(yōu)勢是，創(chuàng)新者可以專注于新產(chǎn)品的設(shè)計，而不必?fù)?dān)心如何制作原型。密蘇里大學(xué)機械與航空航天工程副教授Jian Javen Lin表示：“這為全新的市場打開了可能性，將對可穿戴傳感器、可定制機器人、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)生廣泛影響。”

目前，制造多層結(jié)構(gòu)（如印刷電路板）是一個繁瑣的過程，涉及多個步驟和材料。這些過程不僅成本高昂、耗時長，還會產(chǎn)生對環(huán)境有害的廢物。

“自然界的一切都是由結(jié)構(gòu)和功能材料組成的，”鄭說道。“例如，電鰻擁有骨骼和肌肉使其能夠移動，同時還有特殊的細胞，可以釋放高達500伏的電壓來阻止捕食者。這些生物學(xué)觀察啟發(fā)了我們開發(fā)出制造具有多功能應(yīng)用的3D結(jié)構(gòu)的新方法，但其他新興方法存在局限性?！?br />

圖片來源：Sam O’Keefe/密蘇里大學(xué)

為了解決這些問題，密蘇里大學(xué)的團隊開發(fā)了一臺擁有三個不同噴嘴的機器：一個噴嘴用于添加類似墨水的材料，另一個噴嘴使用激光雕刻形狀和材料，第三個噴嘴則添加其他功能材料以增強產(chǎn)品的功能。首先，使用常規(guī)3D打印線材（例如聚碳酸酯，一種透明熱塑性塑料）制作基本結(jié)構(gòu)。然后，切換到激光將一些部件轉(zhuǎn)換成一種稱為激光誘導(dǎo)石墨烯的特殊材料，并將其準(zhǔn)確地放置在需要的地方。最后，添加更多材料以增強最終產(chǎn)品的功能。

這項工作得到了美國國家科學(xué)基金會（NSF）先進制造計劃的資助，NSF I-CorpsTM計劃也正在提供資金以探索其商業(yè)化潛力。

“I-Corps項目正在幫助我們確定市場的興趣和需求，”林教授說道。“目前，我們認(rèn)為其他研究人員會對此感興趣，但我們相信它最終將使企業(yè)受益。通過允許公司內(nèi)部制作原型，這項技術(shù)將大幅縮短設(shè)備原型的制造時間。這項技術(shù)目前僅在密蘇里大學(xué)可用，它有望改變產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)方式?！?