自適應3D列印技術——用於在移動的自由曲面上製造多功能設備

明尼蘇達大學(University of Minnesota)的研究人員報告了一種新的3D列印方法，叫做自適應3D列印，用於在移動的自由曲面上製造多功能設備(Advanced Materials：「在移動的自由曲面上進行3D列印功能材料和生物材料」)。

其目的是建立一個自動的工作流程，只需最少的人工干預，並且無需連接到微製造設施即可根據環境情況進行列印處理。

具體地說，該方法將閉環反饋控制系統集成到基於擠壓的小型攜帶型3D印表機上。

上圖所示為製造過程:目標表面的幾何信息首先通過結構光掃描器(圖1a)以密集點雲的形式獲得。

然後將採樣的幾何信息與目標表面的剛體運動的實時估計（圖1b）相結合，並將其作為一個整體，反饋給運動控制器進行自適應3D列印。

在列印過程中，首先將自動拾取和放置在目標表面上的分立電子元件（如表面安裝的LED）（圖1c）。

功能墨水，如導電墨水和絕緣墨水，直接列印到運動目標表面，以創建電子電路(圖1d)。印刷設備最終在室溫下乾燥，由無線傳輸系統供電(圖1e)。

為了演示導電墨水在無線電子設備中的性能，研究人員製造了感應線圈來自動為拾取和放置的LED供電（圖2a），圖2b顯示了最終設備的圖像。 無線設備是逐層製造的，由底部的感應線圈，中間的絕緣層，頂部的交叉導電線路組成，表面安裝的LED作為電路的電氣負載。

該研究小組還演示了如何在人手上製造無線供電設備和無線濕度感測器，方法是通過3D列印一種新型的功能性、快速乾燥的墨水，這種墨水具有很高的導電性、室溫可加工性和靈活性。

該團隊未來的研究將集中在以下方面：1）優化自適應列印系統，減少列印時間，提高精細和更複雜電子產品的列印保真度; 2）將多功能電子元件集成在用於活性生物機器介面的無線供電設備中; 3）將濕度感測器優化為汗水感測器，用於無線監測體力消耗或壓力水平; 4）印刷基因校正細胞的分層結構作為皮膚替代品，用於改善傷口癒合的體內研究; 5）將自適應列印技術應用於昆蟲和動物身上，大規模生產半機械機器人，作為生態系統中的自分散式數據採集器。

研究人員在報告中總結道:「總的來說，通過將各種高質量的電氣和生物材料與適應性3D列印平台結合起來，可以為可穿戴設備行業、生物和生物醫學研究、健康狀況的研究和處理造出新的可能性。」

文章來自nanowerk網站，原文題目為：Adaptive 3D printing for the fabrication of multifunctionaldevices on moving freeform surfaces，由材料科技在線匯總整理。

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