哈佛大学的混合3D打印技术制造出可拉伸的可穿戴电子设备

2017-09-07 13:55:55 作者：本网整理来源：天工社分享至：

哈佛大学威斯研究所（ Wyss Institute ）和美国空军研究实验室合作开发了一种新的软电子 “混合 3D 打印”技术。该技术可用于制造可穿戴电子设备，有很大的应用潜力。这项研究已经发表在《 Advanced Materials 》杂志上，题为 “混合 3D 打印柔性电子设备 ”。

据研究人员介绍，这种混合 3D 打印技术将柔性导电墨水、基体材料与刚性电子元件集成到单个可拉伸的设备中。

电子传感器可以被直接 3D 打印到软质材料上，同时该工艺还可以数字化地拾取和放置电子元件，以及为读取传感器数据所需的电子电路打印导电互连。重要的是，该技术可以显著减少制造时间和成本，并且能制造出更强大的设备。

在新的 3D 打印过程中，一种由热塑性聚氨酯（ TPU ）制成的、混合有银片的可拉伸导电墨水被 3D 打印到一个 TPU 基板上。银片会沿着打印方向自动对齐，因此它们能一层层重叠在一起。这种制造方式能 “ 完全控制电子电路的图案模式 ”，并且几乎能制造任何尺寸和形状的软电子电路。

“ 由于基板和电极都含有 TPU ，所以当它们被一层一层联合打印时，它们会在干燥前牢固地粘合在一起， ” 研究人员解释说， “溶剂蒸发后，两种墨水都会固化，形成一个既柔软又可拉伸的集成系统。 ”

数字化的 “拾取 - 放置工艺”涉及使用一个空的打印喷嘴来形成一个适度的真空，该工艺能将一个可编程的微控制器芯片和读出装置集成到软传感器中。经过编程，这个真空打印喷嘴可以精确地将电子部件放置在基板表面上。

为了确保这些刚性电子部件与可拉伸设备兼容，研究人员想出了一种聪明的方法：在将部件连接到柔性 TPU 基板前，在每个部件下面滴上一滴 TPU 墨水。干燥后，这些 TPU 墨水会固定好刚性部件，并将应力分散到整个基体上。这意味着设备可以延伸 30 ％，同时仍然保持功能性。

为了让大家了解这种混合 3D 打印技术的用途，研究团队制作了两个令人印象深刻的演示产品。其中一个涉及一个应变传感器，具体的做法是：将银 -TPU- 墨水电极打印到一个纺织品基底上，用拾放技术来集成一个微控制器芯片和读出 LED 设备。结果是一个像衣袖一样的可穿戴设备，可以精确测量穿戴者的手臂弯曲程度，测量结果会显示在一个 LED 显示屏上。这种可穿戴设备可用来分析运动员的投掷技术，当然，它还有很多其他应用。

研究人员说，这项新的混合 3D 打印技术非常令人兴奋，并相信“这是制造低成本、具有机械强度、定制的可穿戴电子设备的一个重要开始。”

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责任编辑：殷鹏飞

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