NTU和松下合作多波長激光多材料 3D 打印機，可對智能柔性設備快速打印

2023年6月30日，來自新加坡南洋理工大學 (NTU Singapore)、Panasonic Factory Solutions Asia Pacific Pte. Ltd.（松下）和新加坡 3D 打印中心 (SC3DP) 的科學家們合作開發(fā)了一種使用多波長高功率激光器的新型多材料打印機，用于快速和簡單的智能柔性設備的3D打印。

△多材料3D 打印機團隊的成員：多材料 3D 打印機團隊成員包括聯合領導者、松下總經理 LOW MUN JI 博士；SUCHAND SANDEEP 博士，南洋理工大學機械與航空航天工程學院 (MAE) 研究員；NICHOLAS THAM 博士，松下高級研究工程師；聯合組長、新加坡 3D 打印中心、南洋理工大學 MAE 學院 MURUKESHAN VADAKKE MATHAM 副教授；松下研究工程師 JOELLIM 博士和南洋理工大學工程學院副研究員 DARYL LIM 先生在背景中展示新開發(fā)的打印機。MURUKESHAN 副教授拿著 3D 打印的可拉伸壓力傳感器的樣品。圖片來源：新加坡南洋理工大學

多材料打印機的工作原理是利用不同波長的激光，產生熱反應和化學反應，能夠將常見的碳基材料（聚酰亞胺和氧化石墨烯）轉化為新型高多孔石墨烯。用這種新型石墨烯打印的結構不僅輕且導電，而且還可以打印或涂覆到塑料、玻璃、黃金和織物等柔性基材上，從而創(chuàng)造出柔性設備。

△頂行：玻璃和柔性橡膠基材上的 3D 打印石墨烯結構；底行：新創(chuàng)建的預先設計的石墨烯層位于紙和硅基底上。

傳統(tǒng)上，電子設備和組件由金屬、硅和陶瓷等剛性材料組成，但人們對創(chuàng)建可彎曲、扭曲并輕松貼合各種表面的柔性可穿戴電子產品越來越感興趣。

這一項目的聯合領導者、南洋理工大學機械與航空航天工程學院 (MAE) 和 SC3DP 副教授、新加坡國家增材制造創(chuàng)新集群 (NAMIC) 首席研究員 Murukeshan Vadakke Matham 副教授說道：“我們的項目旨在找到一種 3D 打印新材料的方法，例如有機聚合物和石墨烯等碳基材料，這些材料具有允許將它們打印或涂覆到塑料或織物等柔性基材上的特性，從而創(chuàng)建靈活且可拉伸的電路。3D 打印柔性電子產品為更舒適、更移動的可穿戴設備鋪平了道路，因為它可以更輕、更小。我們現在可以創(chuàng)建以前傳統(tǒng)剛性電子產品無法實現的獨特結構�！�

3D打印智能靜脈輸液袋傳感器

新開發(fā)的3D打印機已經吸引了多家公司的興趣，其中包括美國跨國制造商JABIL-MTI Penang。

JABIL-MTI Penang 旨在將 3D 打印的石墨烯電子產品集成到智能輸液系統(tǒng)中。概念驗證已通過低成本靜脈 (IV) 液體袋原型進行了演示，該液體袋配有嵌入式印刷傳感器，由人工智能提供支持。該設備可用于監(jiān)測靜脈滴注的狀態(tài)，調節(jié)壓力流量和溫度等參數，并將信息實時傳輸到智能手機。這使得醫(yī)務人員能夠高效地遠程監(jiān)測、控制和檢測異常情況。

△JABIL-MTIPenang 智能輸液系統(tǒng)的原型，包括一個低成本靜脈 (IV) 液體袋，帶有由人工智能驅動的嵌入式印刷傳感器。

在 NAMIC 的資金支持下，研究團隊還測試了將 3D 打印組件集成到壓力傳感器和加熱器等高性能電子產品制造中的可能性。

該項目聯合負責人、松下總經理 Low Mun Ji 博士說道：“我們的技術可以創(chuàng)建高度多孔且導電的石墨烯基材料，用于不同的應用。與傳統(tǒng)的石墨烯制造方法相比，我們的方法更快、更便宜，并且與多種材料高度兼容�！�

NTU-松下團隊相信，新創(chuàng)建的多材料3D 打印機提供了市場上其他類似產品無法比擬的靈活性和功能性。項目成員表示，這項創(chuàng)新有可能徹底改變3D打印領域，并為新產品設計和創(chuàng)新開辟新的可能性。

該項目于 2016 年在新加坡經濟發(fā)展局 (EDB) 的支持下在工業(yè)研究生計劃 (IPP) 下啟動。多年來，項目團隊已申請兩項專利，在11次國際會議上發(fā)表報告，發(fā)表論文11篇。它還支持了三位在新加坡南洋理工大學獲得博士學位的松下科學家和工程師。

SC3DP 執(zhí)行董事 PauloBartolo 教授說：“在新加坡 3D 打印中心(SC3DP)，我們正在研究增材制造在許多應用和工業(yè)領域的使用，包括電子和可穿戴設備。松下是戰(zhàn)略合作伙伴，我對通過這個項目取得的優(yōu)異成果感到非常高興。這要歸功于 SC3DP 和 Panasonic 的研究團隊的辛勤工作。該項目是展現我們中心現有技術和科學能力以及我們如何支持行業(yè)和創(chuàng)造價值的一個很好的例子。”

松下現已在新加坡的研究中心建立了一個新的激光制造系統(tǒng)設施，以便進一步試驗使用多材料打印機制造的組件的概念，作為“自主工廠”的一部分——松下的一個概念未來的智能工廠。新設施將由 Low 博士以及研究人員 Nicholas Tham 博士和 Joel Lim 博士領導，他們也參與了南洋理工大學與松下的聯合項目。