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
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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