新型多材料激光3D打印机，打造工业界“全能型选手”

近日，美国密苏里大学的研究人员开发出一种方法，只需一台机器就能用多种材料（包括塑料、金属和半导体）制造出复杂的设备。这项研究最近发表在《自然通讯》上，概述了一种新型3D打印和激光工艺，用于制造多材料、多层传感器、电路板，甚至带有电子元件的纺织品。

这项研究被称为“自由形态多材料组装工艺”，有望彻底改变新产品的制造工艺。通过打印嵌入结构中的传感器，该机器可以制造出能够感知环境条件（包括温度和压力）的器件。对于其他研究人员来说，这可能意味着拥有一个自然外观的物体，如岩石或贝壳，可以测量海水的流动。对于公众来说，这种应用为将来监测血压和其他生命体征的可穿戴设备，奠定了技术基础。

三维打印技术的进步
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置于较大的3D结构中方面存在不足。研究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。

密苏里大学的研究人员开发出一种新型3D打印方法，可在单一流程中制造复杂的多材料设备，从而简化制造流程并提高环境可持续性

首先用普通的3D打印丝（如聚碳酸酯，一种透明的热塑性塑料）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。

“这项工作得到了美国国家科学基金会（NSF）先进制造计划的资助，NSF I-CorpsTM计划为探索商业化提供了资金。I-Corps计划正在帮助研究团队确定市场利益和需求，”该校机械与航空航天工程副教授Jian "Javen" Lin谈到，“目前，我们认为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，使企业能够在内部制造原型。”

这是首次使用这种工艺，它开启了新的可能性，该研究的第一作者、密苏里大学机械工程专业博士生Bujingda Zheng说，“我对这种设计感到非常兴奋。其中一个主要好处是，创新者可以专注于新产品设计，而不必担心如何制作原型。这为全新的市场提供了可能。”Lin表示，它将对可穿戴传感器、可定制机器人、医疗设备等产生广泛影响。

革命性技术
目前，制造多层结构（如印刷电路板）是一个涉及多个步骤和多种材料的繁琐过程。这些工艺成本高、耗时长，而且会产生对环境有害的废物。新技术不仅对地球更有益，其灵感还来自大自然中的系统。Zheng说，例如，电鳗的骨骼和肌肉使它们能够移动。它们还有专门的细胞，可以释放高达500伏特电压，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。