哈佛大學Wyss研究所“混合3D打印”可穿戴柔性電子設備

據(jù)南極熊了解，近日，哈佛大學的威斯研究所和美國空軍研究實驗室合作開發(fā)了一種用于柔性電子制造的新型“混合3D打印”技術。該技術可用于制造可穿戴式電子設備。像Apple Watch這樣的大品牌可穿戴電子產(chǎn)品并不是像每天一杯茶這樣的簡單事，毫無疑問，柔性電子產(chǎn)品在未來的技術創(chuàng)新中將發(fā)揮重要作用，特別是在運動和人類表現(xiàn)分析等領域。而哈佛大學的“混合3D打印”技術有什么主要特點呢？

這項技術主要有兩大特點，
一是體現(xiàn)在“混合”二字，也就是在打印的過程中，不僅僅將液態(tài)的導電油墨和其他材料打印成電路的形狀，還將電子元器件直接“插入”到電路上；
二是體現(xiàn)在柔性方面，通過打印到可拉伸的基體表面上，這種產(chǎn)品就有了完成各種變形的柔性特點。

哈佛大學威斯研究所和美國空軍研究實驗室之間的新合作可能將可穿戴電子產(chǎn)品提升到一個新的水平，這里面蘊含著巨大的市場潛力。據(jù)研究人員介紹，混合3D打印將柔性導電油墨和基體材料與剛性電子元件集成打印到一個可拉伸基底上，電子傳感器可以被直接3D打印到軟質(zhì)材料上，同時該工藝還可以數(shù)字地拾取和放置電子元件，并打印那些讀取傳感器數(shù)據(jù)所需的導電互連電路。

重要的是，該技術可以顯著減少柔性電子產(chǎn)品的制造時間和成本，并可以用于制造更強大的電子產(chǎn)品。在3D打印過程中，3D打印機所用的一種材料是熱塑性聚氨酯（TPU），這種材料可以用于3D打印基體或者絕緣部分，重要的是這種材料本身就具備可拉伸的特點。另一種材料是導電油墨，這種油墨可以自由地將電路“勾畫”出來。

這種混合打印的技術難點除了硬件，重要的是打印材料中的可編程的微控制器芯片和讀取裝置，這使得打印出來的電子產(chǎn)品擁有了強大的功能。另外的難點就是材料技術了，通常電子元器件是剛性的，如何在材料被拉伸的時候仍然保證電子元器件不會脫離基底？這其中的奧秘主要來自于TPU材料的分配，這些材料的應用意味著柔性電子產(chǎn)品可以拉伸30％，同時仍然保持電子產(chǎn)品的功能不受影響。

哈佛大學研發(fā)出獨特的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)可以發(fā)出命令，讓打印機知道什么時候通過噴嘴打印不同的材料，什么時候拾取電子元器件嵌入到電路中。

當然，令人印象深刻的可能還是視頻中的演示產(chǎn)品。一個裝置是應變傳感器，通過將銀-TPU-墨水電極3D打印到紡織品基底上并且使用拾放技術來插入微控制器芯片和讀取LED。結果是可佩戴的袖子裝置可以精確測量穿戴者的手臂彎曲的程度，通過LED顯示屏顯示結果。在生活中，這樣的可穿戴裝置可以用于分析運動員的投擲技術。

另一個裝置是人的左腳形狀壓力傳感器，這是通過3D交替打印導電銀-TPU電極層和絕緣TPU材料實現(xiàn)的，在柔性TPU襯底上形成了電容器的制作。當用戶踏上傳感器時，壓力就以可視化的圖案呈現(xiàn)出來。

哈佛大學的此項研究包括研究人員 – Alexander D. Valentine，Travis A. Busbee，John William Boley，Jordan R. Raney，Alex Chortos，Arda Kotikian，John Daniel Berrigan，Michael F. Durstock和Jennifer A. Lewis。他們已經(jīng)在雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)Advanced Materials雜志上發(fā)表了一篇“柔性電子的混合3D打印”論文。而這個項目背后強有力的支持是Jennifer A. Lewis教授，和她開發(fā)Voxel8的成功經(jīng)驗。

來源：3D科學谷