哈佛大學(xué)威斯研究所（Wyss Institute）和美國空軍研究實驗室合作開發(fā)了一種新的軟電子“混合3D打印”技術(shù)。該技術(shù)可用于制造可穿戴電子設(shè)備，有很大的應(yīng)用潛力。這項研究已經(jīng)發(fā)表在《Advanced Materials》雜志上，題為“混合3D打印柔性電子設(shè)備”。

據(jù)研究人員介紹，這種混合3D打印技術(shù)將柔性導(dǎo)電墨水、基體材料與剛性電子元件集成到單個可拉伸的設(shè)備中。

電子傳感器可以被直接3D打印到軟質(zhì)材料上，同時該工藝還可以數(shù)字化地拾取和放置電子元件，以及為讀取傳感器數(shù)據(jù)所需的電子電路打印導(dǎo)電互連。重要的是，該技術(shù)可以顯著減少制造時間和成本，并且能制造出更強大的設(shè)備。

在新的3D打印過程中，一種由熱塑性聚氨酯（TPU）制成的、混合有銀片的可拉伸導(dǎo)電墨水被3D打印到一個TPU基板上。銀片會沿著打印方向自動對齊，因此它們能一層層重疊在一起。這種制造方式能“完全控制電子電路的圖案模式”，并且?guī)缀跄苤圃烊魏纬叽绾托螤畹能涬娮与娐贰?/span>

“由于基板和電極都含有TPU，所以當(dāng)它們被一層一層聯(lián)合打印時，它們會在干燥前牢固地粘合在一起，”研究人員解釋說，“溶劑蒸發(fā)后，兩種墨水都會固化，形成一個既柔軟又可拉伸的集成系統(tǒng)?！?/span>

數(shù)字化的“拾取-放置工藝”涉及使用一個空的打印噴嘴來形成一個適度的真空，該工藝能將一個可編程的微控制器芯片和讀出裝置集成到軟傳感器中。經(jīng)過編程，這個真空打印噴嘴可以精確地將電子部件放置在基板表面上。

為了確保這些剛性電子部件與可拉伸設(shè)備兼容，研究人員想出了一種聰明的方法：在將部件連接到柔性TPU基板前，在每個部件下面滴上一滴TPU墨水。干燥后，這些TPU墨水會固定好剛性部件，并將應(yīng)力分散到整個基體上。這意味著設(shè)備可以延伸30％，同時仍然保持功能性。

為了讓大家了解這種混合3D打印技術(shù)的用途，研究團隊制作了兩個令人印象深刻的演示產(chǎn)品。其中一個涉及一個應(yīng)變傳感器，具體的做法是：將銀-TPU-墨水電極打印到一個紡織品基底上，用拾放技術(shù)來集成一個微控制器芯片和讀出LED設(shè)備。結(jié)果是一個像衣袖一樣的可穿戴設(shè)備，可以精確測量穿戴者的手臂彎曲程度，測量結(jié)果會顯示在一個LED顯示屏上。這種可穿戴設(shè)備可用來分析運動員的投擲技術(shù)，當(dāng)然，它還有很多其他應(yīng)用。

研究人員說，這項新的混合3D打印技術(shù)非常令人興奮，并相信“這是制造低成本、具有機械強度、定制的可穿戴電子設(shè)備的一個重要開始?！?/span>

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