联合技术研究中心和康涅狄格大学（UConn-UTRC）的科学家们使用先进的增材制造技术来制造“智能”机器组件，该组件可以在受损或磨损时提醒用户他们。

    研究人员还应用了该技术的一种变体来制造具有复杂几何形状和任意形状的聚合物结合的磁性体，为制造和产品设计开辟了新的可能性。

    这两项创新的关键是使用直接写入技术的高级3D打印方式。与使用激光将细金属粉末层融合成固体物体的传统增材制造不同，直接写入技术使用的是从喷嘴挤出的半固态金属“墨水”，金属油墨的粘度看起来像是从管中挤出的牙膏。

    这一过程使UConn-UTRC的科学家们能够创造出细线的导电银丝，这些丝可以在制造过程中嵌入3D打印机组件中，这样这些银丝能够传导电流，因此可以担当检测部件损坏的磨损传感器。

    让我们简述他们的工作方式：各个银线是平行线，每个都与一个微型3D打印电阻耦合，嵌入到一个组件中。互连线路在施加电压时形成电路，随着线从表面越来越深地嵌入到元件中，每个新线和电阻器被分配越来越高的电压值。对部件的任何损坏，例如由运动部件的摩擦引起的磨损或磨损，将切入一条或多条线，在该阶段断开电路。破坏的线越多，损坏越大，实时电压读数使工程师能够评估组件的潜在损坏和磨损，而无需拆开整个机器。

    为了更好地了解这些微传感器的使用方法，可以想象它们嵌入喷气发动机涡轮风扇叶片的陶瓷涂层中。这些叶片受到巨大的力和热量。保护涂层中的微观裂缝可能对刀片的性能造成灾难性后果，但是肉眼却看不见，倘若使用嵌入式传感器，可以及时向机械师发出任何叶片损坏警报以便得到解决。

    UTRC公司副总监Sameh Dardona表示：“这改变了我们对制造业的看法，我们现在可以将功能集成到组件中，使组件更加智能化。这些传感器可以检测任何类型的磨损，甚至能检测腐蚀，并且最终将该信息报告给用户，这有助于我们提高产品性能，避免故障并节省成本。”

    UConn-UTRC团队能够嵌入宽度仅为15微米，相距50微米的传感器线。这比一般的人发（大约100微米）更薄，因此能够检测非常微小的损坏。

    开发这样一种精确的传感器并不容易。UConn化学与生物分子工程副教授Anson Ma博士和来自Ma的复杂流体实验室的学生Alan Shen测量并优化了注入银的墨水的流动特性，以便可以可靠地沉积微米级线条，而不会堵塞喷嘴或在沉积后导致银元素大量扩散。

    UTRC的Dardona申请了嵌入式磨损传感器技术专利

    科学家们还利用直接写入技术创造出具有磁性涂层或嵌入其中的磁性材料的新型元件。这些聚合物结合的磁性材料能够制成各种形状，并且无需要在需要磁性部件的机器中使用单独的外壳。

    Ma说：“这开辟了许多令人兴奋的机会，想象一下，磁性材料可以采用不同的形状，并可以无缝地安装在其他功能部件之间。而且通过改变磁性材料的形状，可以进一步操纵和优化所产生的合成磁场。”

    由UConn和UTRC开发的磁性体制造方法也以其他方式显着改进了现有的制造技术。目前用于制造定制3D打印磁性材料的方法依赖于高温固化，不幸的是，这降低了材料的磁性。康涅狄格大学和UTRC的科学家通过使用低温紫外线固化磁铁找到了解决这个问题的方法，这类似于牙医使用紫外线来硬化填充物。由此产生的磁性材料表现出明显优于由其他增材制造方法产生的磁性材料的性能。

    Dardona says：“磁性材料在工业中具有广泛应用，从在交流发电机中产生电流到作为运动部件的高级传感器的（检测物体位置或速度）遍布存在。将磁性材料直接嵌入组件中可以使新产品设计更符合空气动力学、更轻便、也更高效。”

    他补充：“这是工业研究和学术研究之间合作的一个很好的例子，我们总是有新的概念，我们想要探索。这种合作使我们能够利用康涅狄格大学提供的知识、专业知识和设施来帮助我们解决其中一些工业技术中存在的挑战。”

    此次合作也使UConn受益。在Ma实验室的学生申博士，担任这两个项目的首席研究员，在过去三年中开发，测试和优化该新技术。

    Ma说：“这些合作使我们能够帮助像UTC这样的公司开发出让他们提升到更高水平的新技术，这对我们的学生来说也是非常有益的，参与这些项目的学生完全融入研究团队。从长远发展的角度来看，这不仅是伟大的，它还让学生有机会与UTRC等的高级专业工程师密切合作。”

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责任编辑：殷鹏飞

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