NTU和松下合作多波長激光多材料 3D 打印機(jī)，可對智能柔性設(shè)備快速打印

2023年6月30日，來自新加坡南洋理工大學(xué) (NTU Singapore)、Panasonic Factory Solutions Asia Pacific Pte. Ltd.（松下）和新加坡 3D 打印中心 (SC3DP) 的科學(xué)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(jī)，用于快速和簡單的智能柔性設(shè)備的3D打印。

△多材料3D 打印機(jī)團(tuán)隊(duì)的成員：多材料 3D 打印機(jī)團(tuán)隊(duì)成員包括聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)者、松下總經(jīng)理 LOW MUN JI 博士；SUCHAND SANDEEP 博士，南洋理工大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院 (MAE) 研究員；NICHOLAS THAM 博士，松下高級研究工程師；聯(lián)合組長、新加坡 3D 打印中心、南洋理工大學(xué) MAE 學(xué)院 MURUKESHAN VADAKKE MATHAM 副教授；松下研究工程師 JOELLIM 博士和南洋理工大學(xué)工程學(xué)院副研究員 DARYL LIM 先生在背景中展示新開發(fā)的打印機(jī)。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(xué)

多材料打印機(jī)的工作原理是利用不同波長的激光，產(chǎn)生熱反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，能夠?qū)⒊Ｒ姷奶蓟�材料（聚酰亞胺和氧化石墨烯）轉(zhuǎn)化為新型高多孔石墨烯。用這種新型石墨烯打印的結(jié)構(gòu)不僅輕且導(dǎo)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(shè)備。

△頂行：玻璃和柔性橡膠基材上的 3D 打印石墨烯結(jié)構(gòu)；底行：新創(chuàng)建的預(yù)先設(shè)計(jì)的石墨烯層位于紙和硅基底上。

傳統(tǒng)上，電子設(shè)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(chǎn)品越來越感興趣。

這一項(xiàng)目的聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)者、南洋理工大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)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(xiàng)目旨在找到一種 3D 打印新材料的方法，例如有機(jī)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(chǎn)品為更舒適、更移動的可穿戴設(shè)備鋪平了道路，因?yàn)樗�可以更輕、更小。我們現(xiàn)在可以創(chuàng)建以前傳統(tǒng)剛性電子產(chǎn)品無法實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。”

3D打印智能靜脈輸液袋傳感器

新開發(fā)的3D打印機(jī)已經(jīng)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(chǎn)品集成到智能輸液系統(tǒng)中。概念驗(yàn)證已通過低成本靜脈 (IV) 液體袋原型進(jìn)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(shè)備可用于監(jiān)測靜脈滴注的狀態(tài)，調(diào)節(jié)壓力流量和溫度等參數(shù)，并將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)。這使得醫(yī)務(wù)人員能夠高效地遠(yuǎn)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(gè)低成本靜脈 (IV) 液體袋，帶有由人工智能驅(qū)動的嵌入式印刷傳感器。

在 NAMIC 的資金支持下，研究團(tuán)隊(duì)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(chǎn)品制造中的可能性。

該項(xiàng)目聯(lián)合負(fù)責(zé)人、松下總經(jīng)理 Low Mun Ji 博士說道：“我們的技術(shù)可以創(chuàng)建高度多孔且導(dǎo)電的石墨烯基材料，用于不同的應(yīng)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(tuán)隊(duì)相信，新創(chuàng)建的多材料3D 打印機(jī)提供了市場上其他類似產(chǎn)品無法比擬的靈活性和功能性。項(xiàng)目成員表示，這項(xiàng)創(chuàng)新有可能徹底改變3D打印領(lǐng)域，并為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和創(chuàng)新開辟新的可能性。

該項(xiàng)目于 2016 年在新加坡經(jīng)濟(jì)發(fā)展局 (EDB) 的支持下在工業(yè)研究生計(jì)劃 (IPP) 下啟動。多年來，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已申請兩項(xiàng)專利，在11次國際會議上發(fā)表報(bào)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(xué)獲得博士學(xué)位的松下科學(xué)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(yīng)用和工業(yè)領(lǐng)域的使用，包括電子和可穿戴設(shè)備。松下是戰(zhàn)略合作伙伴，我對通過這個(gè)項(xiàng)目取得的優(yōu)異成果感到非常高興。這要?dú)w功于 SC3DP 和 Panasonic 的研究團(tuán)隊(duì)的辛勤工作。該項(xiàng)目是展現(xiàn)我們中心現(xiàn)有技術(shù)和科學(xué)能力以及我們?nèi)绾沃С中袠I(yè)和創(chuàng)造價(jià)值的一個(gè)很好的例子。”

松下現(xiàn)已在新加坡的研究中心建立了一個(gè)新的激光制造系統(tǒng)設(shè)施，以便進(jìn)一步試驗(yàn)使用多材料打印機(jī)制造的組件的概念，作為“自主工廠”的一部分——松下的一個(gè)概念未來的智能工廠。新設(shè)施將由 Low 博士以及研究人員 Nicholas Tham 博士和 Joel Lim 博士領(lǐng)導(dǎo)，他們也參與了南洋理工大學(xué)與松下的聯(lián)合項(xiàng)目。