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    图片:菲菲弗兰克尔

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Engineers develop multimaterial fiber “ink” f要么 3-D-printed devices

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Filaments with embedded circuitry can be used to print complex shapes f要么 biomedical and robotic devices.


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由澳门太阳城最新网站的研究人员开发了一种新方法使用标准的3 d打印机与已嵌入内的电子产生的作用的装置。这些设备由包含多个互连的材料,其可以点亮,感测周围的环境,储存能量,或执行其它动作的纤维。

The new 3-D printing method is described in the journal 自然通讯, in a paper by MIT doctoral student Gabriel Loke, profess要么s John Joannopoulos and 约尔·芬克, and four others at MIT and elsewhere.

该系统利用具有特殊喷嘴和一种新的长丝的配备常规3-d打印机以取代通常的单一材料的聚合物长丝,其典型地,然后再将其从打印机的喷嘴中挤出得到充分熔化。研究人员的新长丝具有由布置在精确的配置不同材料的复杂的内部结构,并且是由在外部聚合物包层包围。

在新的打印机中,喷嘴操作在较低的温度和通过更快的传统打印机做拉动细丝,使得仅其外层获取部分熔融。内部保持冷静和固体,其嵌入电子功能不受影响。以这种方式,表面被熔化刚好足以使其在印刷过程中牢固地粘附到相邻长丝,以产生一个坚固的3-d的结构。

在长丝中的内部组件包括用作导体,其可用于控制活性功能的半导体,和绝缘体聚合物,以防止导线从彼此接触的金属线。作为示范,该球队打印的翼用于模型飞机,使用包含两个光发射和光检测电子长丝。这些组件可能会暴露出可能出现任何微小裂纹的形成。

而在模型机翼使用的长丝包含八个不同的材料,洛克说,理论上讲,它们可能包含甚至更多。直到这项工作,他说,“能够在单一平台上沉积金属,半导体,和聚合物的打印机仍然是不存在的,因为印刷这些材料需要不同的硬件和技术。”

这种方法比任何其他电流方法快高达三倍到制造3-d的设备,魔神说,并与所有的3-d打印机,提供关于可以比典型的制造方法都可以制造的种形式更大的灵活性。 “独特的3-d印刷,这种方法是能够构建任何的不规则形状,这是无法实现的任何其他方法迄今为止的设备,”他说。

该方法利用包含多种嵌入在它们不同的材料,即芬克和他的合作者已经完善了二十年的过程热拉伸纤维。他们已经创建了具有在其中的电子元件的纤维的阵列,使得纤维能够执行各种功能。例如,用于通信应用,闪灯可以传输数据,然后由含有光传感器的其它纤维拾取。这种方法具有的第一次生产的纤维和织物从它们编织的,具有这些功能的内置的。

Now, this new process makes this whole family of fibers available as the raw material for producing functional 3-D devices that can sense, communicate, or st要么e energy, among other actions.

使纤维本身,不同材料最初被组装成称为预制件较大规模的版本,然后将其加热和拉伸在炉中,以产生一个很窄的纤维,它包含所有的那些材料,在其相同的确切的相对位置,但在尺寸大大减小。

该方法可能进一步发展,以产生各种不同类型的装置,特别适用于其中以精确地定制每个设备的能力是至关重要的应用程序。一个这样的领域是生物医学设备,其中设备匹配患者自身的身体也很重要,说芬克,谁是材料科学教授,以及电气工程和计算机科学的非营利先进的功能性面料的首席执行官美国,以及电子研究实验室的副主任。

For example, prosthetic limbs might someday be printed using this method, not only matching the precise dimensions and contours of the patient’s limb, but with all the 电子产品 to monit要么 and control the limb embedded in place.

多年来,该组已经开发了广泛包含不同的材料和功能性纤维的阵列。洛克说几乎所有的这些可适于新的3-d印刷技术,使得有可能与各种材料和功能的不同组合的打印对象。该装置使用了一个标准型公知为熔融沉积成型(FDM)打印机,这已经在许多实验室,办公室,乃至家庭中找到3-d打印机的。

One application that may be possible in the future would be to print materials for biomedical implants that would provide a scaffolding for the growth of new cells to replace a damaged organ, and include within it sensors to monit要么 the progress of that growth.

The new method could also be useful for prototyping of devices — already a major application f要么 3-D printing, but in this case the prototypes would have actual functionality, rather than being static models.

研究小组包括澳门太阳城最新网站研究生罗杰元;前澳门太阳城最新网站研究生迈克尔发挥,谁现在工作在affoa;博士后王兴仁khudiyev,并在纽约州立大学石溪分校本科生佳日耆那教。工作部分是由美国国家科学基金会的支持下,美国美国陆军研究实验室和美国。通过该研究所士兵纳米技术的军队研究办公室。


主题: 材料科学与工程, DMSE, 纤维和织物, 电子产品, Innovation and Entrepreneurship (I&E), 工程学院, Electrical Engineering & Computer Science (eecs), 美国国家科学基金会(NSF)

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