哈佛大學(xué)Wyss研究所“混合3D打印”可穿戴柔性電子設(shè)備

據(jù)南極熊了解，近日，哈佛大學(xué)的威斯研究所和美國空軍研究實(shí)驗(yàn)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(shù)。該技術(shù)可用于制造可穿戴式電子設(shè)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(shù)創(chuàng)新中將發(fā)揮重要作用，特別是在運(yùn)動(dòng)和人類表現(xiàn)分析等領(lǐng)域。而哈佛大學(xué)的“混合3D打印”技術(shù)有什么主要特點(diǎn)呢？

這項(xiàng)技術(shù)主要有兩大特點(diǎn)，
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(dǎo)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(diǎn)。

哈佛大學(xué)威斯研究所和美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室之間的新合作可能將可穿戴電子產(chǎn)品提升到一個(gè)新的水平，這里面蘊(yùn)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(dǎo)電油墨和基體材料與剛性電子元件集成打印到一個(gè)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(shí)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(dǎo)電互連電路。

重要的是，該技術(shù)可以顯著減少柔性電子產(chǎn)品的制造時(shí)間和成本，并可以用于制造更強(qiáng)大的電子產(chǎn)品。在3D打印過程中，3D打印機(jī)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(diǎn)。另一種材料是導(dǎo)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(shù)難點(diǎn)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(qiáng)大的功能。另外的難點(diǎn)就是材料技術(shù)了，通常電子元器件是剛性的，如何在材料被拉伸的時(shí)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(yīng)用意味著柔性電子產(chǎn)品可以拉伸30％，同時(shí)仍然保持電子產(chǎn)品的功能不受影響。

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

當(dāng)然，令人印象深刻的可能還是視頻中的演示產(chǎn)品。一個(gè)裝置是應(yīng)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(shù)來插入微控制器芯片和讀取LED。結(jié)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(jié)果。在生活中，這樣的可穿戴裝置可以用于分析運(yùn)動(dòng)員的投擲技術(shù)。

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

哈佛大學(xué)的此項(xiàng)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(gè)項(xiàng)目背后強(qiáng)有力的支持是Jennifer A. Lewis教授，和她開發(fā)Voxel8的成功經(jīng)驗(yàn)。

來源：3D科學(xué)谷