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哈佛大學的混合3D打印技術制造出可拉伸的可穿戴電子設備

2017-09-07 13:55:55 作者：本網整理來源：天工社分享至：

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

據研究人員介紹，這種混合 3D 打印技術將柔性導電墨水、基體材料與剛性電子元件集成到單個可拉伸的設備中。

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

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 ”，并且幾乎能制造任何尺寸和形狀的軟電子電路。

“ 由于基板和電極都含有 TPU ，所以當它們被一層一層聯合打印時，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。 ”

數字化的 “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，并將應力分散到整個基體上。這意味著設備可以延伸 30 ％，同時仍然保持功能性。

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

研究人員說，這項新的混合 3D 打印技術非常令人興奮，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備的一個重要開始。”

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責任編輯：殷鵬飛

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