3D打印技术简化了多材料原型制作过程

近日，密苏里大学开发的一种3D打印和激光工艺为简化多材料、多层传感器、电路板，甚至带有电子元件的纺织品制造，打开了大门。这项技术被称为“自由形态多材料组装工艺”（Freeform Multi-material Assembly Process），它允许使用一台机器用多种材料（包括塑料、金属和半导体）制造复杂的设备。

新开发的3D打印方法可使用多种材料快速制作复杂设备的原型，但只需一台机器即可完成

通过打印嵌入结构中的传感器，机器可以制造出能够感知温度和压力等环境条件的物体。例如，研究人员可以制造出岩石或贝壳等自然外观的结构，帮助进行实地测量。目前，制造像印刷电路板这样的多层结构不仅成本高、耗时长，而且会产生对环境有害的废物。研究人员开发的方法有望降低成本，缩短时间，减少与新设备原型相关的浪费。

据博士生Bujingda Zheng介绍，这项技术本身就是从大自然中汲取灵感的。例如，电鳗的骨骼和肌肉使它们能够移动。它们还有特殊细胞可以释放高达500伏特的电压，以威慑捕食者。这些生物学观察启发了研究人员开发新的方法来制造具有多功能应用的三维结构，但其他新兴方法存在局限性。

具体来说，其他技术在材料的多功能性以及如何精确地将较小的部件放置在较大的三维结构方面，存在不足。密苏里大学团队的方法利用特殊技术解决了这些问题。团队成员制造了一台有三个不同喷嘴的机器：一个喷嘴添加类似墨水的材料，另一个喷嘴使用激光雕刻形状和材料，第三个喷嘴添加额外的功能材料，以增强产品的功能。

首先，它使用聚碳酸酯（一种透明的热塑性塑料）等普通3D打印丝来制作基本结构。然后，改用激光将某些部分转化为一种名为激光诱导石墨烯的特殊材料，并将其准确地放置在需要的地方。最后，再添加更多材料，以增强最终产品的功能。

机械与航空航天工程系副教授Jian Lin说：这为全新的市场提供了可能性。预计这将对可穿戴传感器、可定制机器人和医疗设备等领域产生深远影响。在美国国家科学基金会（NSF）先进制造项目的资助下，研究人员正在NSF I-Corps项目的帮助下探索商业化方案。

Lin说：目前，我们相信其他研究人员也会对它感兴趣，但我们相信它最终会让企业受益。它将缩短设备原型的制造时间，使公司能够在内部制造原型。