2024年7月4日，據(jù)資源庫(kù)了解，密蘇里大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(tái)機(jī)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(lái)源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)在結(jié)構(gòu)中打印嵌入式傳感器，使機(jī)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(duì)于其他研究人員來(lái)說(shuō)，這意味著可以制造出如同自然界中的物體，例如能夠測(cè)量海水運(yùn)動(dòng)的巖石或貝殼。而對(duì)公眾而言，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可能包括監(jiān)測(cè)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(kāi)啟了新的可能性，”密蘇里大學(xué)機(jī)械工程博士生、該研究的主要作者鄭步景達(dá)說(shuō)道?！拔覍?duì)這個(gè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。”

博士生鄭步景達(dá)，圖片來(lái)源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)是，創(chuàng)新者可以專(zhuān)注于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而不必?fù)?dān)心如何制作原型。密蘇里大學(xué)機(jī)械與航空航天工程副教授Jian Javen Lin表示：“這為全新的市場(chǎng)打開(kāi)了可能性，將對(duì)可穿戴傳感器、可定制機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)生廣泛影響?！?br />
目前，制造多層結(jié)構(gòu)（如印刷電路板）是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，涉及多個(gè)步驟和材料。這些過(guò)程不僅成本高昂、耗時(shí)長(zhǎng)，還會(huì)產(chǎn)生對(duì)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(shuō)道?！袄纾婗爴碛泄趋篮图∪馐蛊淠軌蛞苿?dòng)，同時(shí)還有特殊的細(xì)胞，可以釋放高達(dá)500伏的電壓來(lái)阻止捕食者。這些生物學(xué)觀察啟發(fā)了我們開(kāi)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(lái)源：Sam O’Keefe/密蘇里大學(xué)

為了解決這些問(wèn)題，密蘇里大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一臺(tái)擁有三個(gè)不同噴嘴的機(jī)器：一個(gè)噴嘴用于添加類(lèi)似墨水的材料，另一個(gè)噴嘴使用激光雕刻形狀和材料，第三個(gè)噴嘴則添加其他功能材料以增強(qiáng)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(chēng)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(qiáng)最終產(chǎn)品的功能。

這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）先進(jìn)制造計(jì)劃的資助，NSF I-CorpsTM計(jì)劃也正在提供資金以探索其商業(yè)化潛力。

“I-Corps項(xiàng)目正在幫助我們確定市場(chǎng)的興趣和需求，”林教授說(shuō)道?！澳壳?，我們認(rèn)為其他研究人員會(huì)對(duì)此感興趣，但我們相信它最終將使企業(yè)受益。通過(guò)允許公司內(nèi)部制作原型，這項(xiàng)技術(shù)將大幅縮短設(shè)備原型的制造時(shí)間。這項(xiàng)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(kù)了解，密蘇里大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(tái)機(jī)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(lái)源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)在結(jié)構(gòu)中打印嵌入式傳感器，使機(jī)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(duì)于其他研究人員來(lái)說(shuō)，這意味著可以制造出如同自然界中的物體，例如能夠測(cè)量海水運(yùn)動(dòng)的巖石或貝殼。而對(duì)公眾而言，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可能包括監(jiān)測(cè)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(kāi)啟了新的可能性，”密蘇里大學(xué)機(jī)械工程博士生、該研究的主要作者鄭步景達(dá)說(shuō)道?！拔覍?duì)這個(gè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。”

博士生鄭步景達(dá)，圖片來(lái)源：Sam O'Keefe/密蘇里大學(xué)

一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)是，創(chuàng)新者可以專(zhuān)注于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而不必?fù)?dān)心如何制作原型。密蘇里大學(xué)機(jī)械與航空航天工程副教授Jian Javen Lin表示：“這為全新的市場(chǎng)打開(kāi)了可能性，將對(duì)可穿戴傳感器、可定制機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)生廣泛影響?！?br />
目前，制造多層結(jié)構(gòu)（如印刷電路板）是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，涉及多個(gè)步驟和材料。這些過(guò)程不僅成本高昂、耗時(shí)長(zhǎng)，還會(huì)產(chǎn)生對(duì)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(shuō)道?！袄纾婗爴碛泄趋篮图∪馐蛊淠軌蛞苿?dòng)，同時(shí)還有特殊的細(xì)胞，可以釋放高達(dá)500伏的電壓來(lái)阻止捕食者。這些生物學(xué)觀察啟發(fā)了我們開(kāi)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(lái)源：Sam O’Keefe/密蘇里大學(xué)

為了解決這些問(wèn)題，密蘇里大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一臺(tái)擁有三個(gè)不同噴嘴的機(jī)器：一個(gè)噴嘴用于添加類(lèi)似墨水的材料，另一個(gè)噴嘴使用激光雕刻形狀和材料，第三個(gè)噴嘴則添加其他功能材料以增強(qiáng)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(chēng)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(qiáng)最終產(chǎn)品的功能。

這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）先進(jìn)制造計(jì)劃的資助，NSF I-CorpsTM計(jì)劃也正在提供資金以探索其商業(yè)化潛力。

“I-Corps項(xiàng)目正在幫助我們確定市場(chǎng)的興趣和需求，”林教授說(shuō)道?！澳壳?，我們認(rèn)為其他研究人員會(huì)對(duì)此感興趣，但我們相信它最終將使企業(yè)受益。通過(guò)允許公司內(nèi)部制作原型，這項(xiàng)技術(shù)將大幅縮短設(shè)備原型的制造時(shí)間。這項(xiàng)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?！?