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美空军研究实验室和哈佛大学联合开发出新的混合3D打印方法
2017-10-19


[据防务宇航20171017日报道]  美国空军研究实验室和哈佛大学维思生物启发工程研究所的科学家进行合作,为可拉伸的柔性电子产品的数字设计和打印创造了新的方法,推动了材料开发和加工的进步。这种名为“混合3-D打印”的方法使用增材制造方法,将柔软的导电油墨与材料基材结合在一起,以制造可拉伸、可穿戴的电子设备。



空军研究实验室负责材料和制造的主任Dan Berrigan博士表示,“这是一个3D打印机在单一过程中首次打印具有集成微电子元件的可拉伸传感器。该打印机构建了一个完整的可拉伸电路,电路结合了打印组件的机械持久性与商用现货电子产品的强大性能。”



在此演示中,使用3D打印机对柔性银注入热塑性聚氨酯的导电轨迹进行打印。然后采用拾取和放置方法将微控制器芯片和LED灯设置到柔性基板中,由空的打印机喷嘴和真空系统强化这一过程以创建混合系统。



经过测试,增材制造的混合电子器件即使从原始尺寸拉伸超过30%后也能够保持原来功能。



Berrigan表示,“这对空军应用具有巨大潜力,特别是在快速原型、可穿戴电子、传感器和人类性能监测方面。可穿戴电子产品有可能提供对了解飞行人员状况至关重要的指标,如运动、体温、疲劳和其他指标等的反馈。然而,虽然皮肤本质上是柔软和可拉伸的,但电子和传感器却不能这样。”



他表示,“增材制造使我们能够定制设计复杂的外形结构,实现电子器件的集成化。为个人重新包装电子器件实现可伸缩性和定制化,可使我们重新思考用于制造这些器件的材料和工艺。”



作为此项研究的一部分,哈佛大学团队打印了传感器,并将微电子器件放置在能够响应穿戴者手臂运动的斯潘德克斯套筒上。他们还创建了一个鞋子压力传感器,能够感测和监测人员步态。



空军实验室研究人员还对实验室内部的工艺进行了测试,并正在研究使用相同方法将天线和传感器构建到结构中的可能性。



Berrigan表示,“使用3D打印技术,可使我们从根本上重新思考如何将包装和设计满足空军需求的电子产品。我们不再局限于飞机上的电子制造,这为实现结构和电子功能结合提供机会。”



该研究团队关注未来工作的一个挑战将是解决设备供电问题,这将需要将可拉伸电池或其他打印电源集成到制造工艺中。



空军研究实验室软物质材料分部总裁Michael Durstock博士表示,“集成强大、灵活和高能量密度的电池是困难的,因为好的电池不一定是好的软材料系统所必需。”



此项研究相关的材料和方法虽然还处于发展的初期阶段,但潜在的未来应用空间是巨大的。



哈佛大学维思生物启发工程研究所开展此项研究的合作者Jennifer Lewis博士说:“我们已经扩大了可打印电子材料的调色板,并扩展了可编程的多材料打印平台。这是实现低成本和机械稳定的可定制、可穿戴电子产品的重要第一步。”



这是空军研究实验室和哈佛大学研究人员在这一领域首次公布的合作。(工业和信息化部电子第一研究所  宋文文)



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