Nature子刊：研究人員創(chuàng)新計算機(jī)模擬平臺，優(yōu)化3D打印導(dǎo)電元件材料行為

2025年2月26日，南極熊獲悉，馬德里卡洛斯三世大學(xué)（UC3M）與牛津大學(xué)、倫敦帝國理工學(xué)院和巴斯克地區(qū) BC 材料研究中心合作，開發(fā)了一種創(chuàng)新的計算模型，可以預(yù)測和改進(jìn)使用 3D 打印機(jī)制造的多功能結(jié)構(gòu)的行為。

這一突破最近以題為“In-silico platform for themultifunctional design of 3D printed conductive components”的論文發(fā)表在《自然通訊》雜志上，為生物醫(yī)學(xué)、軟機(jī)器人和其他工程分支等領(lǐng)域的新應(yīng)用打開了大門。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56707-y

這項(xiàng)研究的作者之一、卡洛斯三世連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論系的丹尼爾·加西亞-岡薩雷斯 (Daniel García-González) 表示：“目前，導(dǎo)電熱塑性塑料非常有前景，因?yàn)樗鼈兡軌蛟谔峁┙Y(jié)構(gòu)支撐的同時傳輸電信號。但制造這些材料的主要挑戰(zhàn)是控制其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因?yàn)榧?xì)絲之間的粘合和小腔的存在會影響它們的機(jī)械阻力和傳輸電信號的能力�！�

到目前為止，這些因素被認(rèn)為是 3D 打印過程中不可避免的缺點(diǎn)。然而，研究人員通過整合先進(jìn)的計算工具和實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)，成功控制了這些特性，使他們能夠制造出靈敏且能夠?qū)�機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構(gòu)。

△具有不同打印方向的 FFF 樣品的多物理特性

△計算機(jī)模擬平臺在 DIW 打印機(jī) 3D 打印可加熱墨盒的最佳設(shè)計中的應(yīng)用。

同樣來自卡三連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論系的 Javier Crespo 說道：“這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)在于，它可以推廣到其他類型的 3D 打印技術(shù)，在這些技術(shù)中可以使用更柔軟的材料。”

研究人員樂觀地認(rèn)為，得益于這些新計算工具的結(jié)合，將有可能設(shè)計出為未來增材制造發(fā)展奠定基礎(chǔ)的材料。

這項(xiàng)新研究得到了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的支持，提供了一種可靠的方法來最大限度地減少導(dǎo)電元件不同行為之間的差異，并代表了多功能材料設(shè)計方面的重大進(jìn)步。Javier Crespo 說：“例如，在工程領(lǐng)域，這些結(jié)構(gòu)既可用于制造軟機(jī)器人，也可用于獲取可用于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的虛擬數(shù)據(jù)。”

牛津大學(xué)教授、論文共同作者埃米利奧·馬丁內(nèi)斯-帕涅達(dá) (Emilio Martínez-Pañeda) 說： “這項(xiàng)研究開辟了無限的機(jī)會，使得智能材料和傳感器的開發(fā)成為可能，這些材料和傳感器可能在航空航天工業(yè)或基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控方面發(fā)揮巨大作用�！�

Daniel García-González 說道：“不僅如此，利用這些新材料，我們還可以制作貼片或敷料，提醒我們膝蓋彎曲的次數(shù)，這樣，一旦發(fā)生受傷，我們就能在某些關(guān)鍵點(diǎn)收到警報，避免對肌肉造成損傷�！�