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混合3D打印柔性电子设备技术

混合3D打印柔性电子设备技术

供稿人:陈煜宇,李涤尘   发布日期:2017-11-20
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柔性电子在可穿戴设备、仿生及柔性机器人等领域有着重要应用,柔性电子设备的研究逐渐获得国内外学者的关注。近日,美国哈佛大学威斯研究所(Wyss Institute)和美国空军研究实验室(Air Force Research Laboratory)在先进材料(Advanced Materials)期刊上共同发表了一项关于3D打印柔性电子设备的研究成果。

美国哈佛大学威斯研究所(Wyss Institute)和美国空军研究实验室(Air Force Research Laboratory)的研究人员提出了一种名为“混合3D打印(Hybrid 3D Printing)”的柔性电子设备增材制造技术。该技术所使用的材料是可拉伸的热塑性聚氨酯(TPU)、导电油墨以及电子元件,TPU用作基体及绝缘固定封装,导电油墨和电子元件构成电路。所提出的混合打印技术能够通过TPU材料将刚性电子元件牢牢固定在柔性基体上,在保持功能的情况下实现整体超过30%的变形。除了材料,这种混合打印技术的另一个难点在于打印机的控制,研究团队开发出了一套独特的算法程序以控制打印机喷头不同材料的打印以及电子元件的拾取嵌入。

研究人员展示了由该技术打印的应变传感袖套(图1)及足部压力传感器(图2)。如图1所示,应变传感器及控制电路被打印到袖套基底上,袖套可以精确测量穿戴者手臂的弯曲程度并通过LED显示结果。图2展示的足部压力传感器通过交替打印导电墨水和TPU,在TPU层上形成电容器制成,通过云图可以直观呈现穿戴者足底的压力分布。

图1 应变传感袖套
图2 足部压力传感器

“混合3D打印(Hybrid 3D Printing)”将导电油墨、电子邮件与基体材料集成到一起,打印出的电子设备具有完成复杂变形的能力。该技术可以显著减少柔性电子设备的制造时间和成本,新的制造工艺具有巨大潜力,有望帮助可穿戴电子设备产品实现飞跃式发展。

参考文献:

  1. Valentine A D, Busbee T A, Boley J W, et al. Hybrid 3D Printing of Soft Electronics[J]. Advanced Materials, 2017.