密蘇里大學研發的新型多材料雷射3D列印機可一站式製造複雜設備
一種創新的3D 列印方法簡化了多材料產品的製造流程。密蘇里大學的研究人員開發出一種方法，只需一台機器就能用多種材料（包括塑膠、金屬和半導體）製造出複雜的設備。該研究最近發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上，概述了一種新型3D列印和雷射工藝，用於製造多材料、多層感測器、電路板，甚至帶有電子元件的紡織品。
密蘇里大學的研究人員開發出一種新型3D列印方法，可在單一流程中製造複雜的多材料設備，從而簡化製造流程並提高環境的可持續性。圖片來源：Sam O’Keefe
它被稱為自由形態多材料組裝工藝，有望徹底改變新產品的製造工藝。透過列印嵌入結構中的感測器，該機器可以製造出能夠感知環境條件（包括溫度和壓力）的東西。對於其他研究人員來說，這可能意味著擁有一個自然外觀的物體，例如可以測量海水流動的岩石或貝殼。對於公眾來說，其應用可能包括監測血壓和其他生命徵象的可穿戴設備。
其他技術在材料的多功能性以及如何精確地將較小的部件放置在較大的3D結構中方面存在不足。團隊的方法是利用特殊技術來解決這些問題。團隊成員製造了一台有三個不同噴嘴的機器：一個噴嘴添加類似墨水的材料，另一個噴嘴使用雷射雕刻形狀和材料，第三個噴嘴添加額外的功能材料，以增強產品的功能。它首先用普通的3D 列印絲（如聚碳酸酯，一種透明的熱塑性塑膠）製作基本結構。然後，改用雷射將某些部分轉化為一種名為雷射誘導石墨烯的特殊材料，並將其準確地放置在需要的地方。最後，再增加更多材料，以增強最終產品的功能。
這項工作得到了美國國家科學基金會（NSF）先進製造計劃的資助，NSFI-CorpsTM計劃為探索商業化提供資金。
“I-Corps 計劃正在幫助我們確定市場利益和需求，”Lin 說。 “目前，我們認為其他研究人員也會對它感興趣，但我們相信它最終會讓企業受益。它將縮短設備原型的製造時間，使企業能夠在內部製造原型。這項僅在密蘇里大學擁有的技術，為改變產品製造和生產方式帶來了巨大的希望。
“這是首次使用這種工藝，它開啟了新的可能性，”該研究的第一作者、密蘇里大學機械工程專業博士生Bujingda Zheng 說。 “我對這種設計感到非常興奮。我一直想做一些前人沒有做過的事情，而我在Mizzou 就能做到。”
其中一個主要好處是，創新者可以專注於設計新產品，而不必擔心如何製作原型。
密蘇里大學機械與航空航天工程系副教授Jian”Javen”Lin 說：”這為全新的市場提供了可能。它將對可穿戴感測器、可自訂機器人、醫療設備等產生廣泛影響。”
目前，製造多層結構（如印刷電路板）是一個涉及多個步驟和多種材料的繁瑣過程。這些製程成本高、耗時長，而且會產生對環境有害的廢棄物。這種新技術不僅對地球更有益，靈感也來自大自然中的系統。
“自然界的一切都由結構材料和功能材料組成，”Zheng 說。 “例如，電鰻的骨骼和肌肉使它們能夠移動。它們還有專門的細胞，可以放出高達500 伏特的電壓來擊倒捕食對象。這些生物學觀察啟發了研究人員開發新的方法來製造具有多功能應用的3D結構，但其他新興方法有其限制。
編譯自/ ScitechDaily