多功能四合一3D打印機面世，我們離打印機器人、手機還有多遠？|創想三維

　　這個試驗性設備是最早將多種3D打印技術集成在單一設備上的機器。

　　一臺首次集成了多種打印技術的3D打印機樣機為研究人員提供了一種新的可能：制作由不同材料構成的產品時只需一次打印成型。到目前為止，這臺樣機僅能用來制作一些基本的電子元件，但這項技術讓材料科學家距離直接打印機器人或者智能手機等復雜儀器的目標更近了一步。

　　有朝一日，集成多種3D打印技術的設備或可以用來定制義肢。

　　來源：Jae C. Hong/AP/REX/Shutterstock

　　3月21日，這臺打印機在路易斯安納州新奧爾良舉辦的美國化學學會(American Chemical Society)會議上亮相。

　　“這是一項令人稱道的技術突破，也是3D打印技術領域的一次飛躍。”麻省理工學院(MIT)的材料科學家Zhao Xuanhe評價道。他本人并未參與這項研究。

　　最常見的3D打印機是通過加熱并平鋪一段塑料線材，來從下往上搭建一個層疊的結構。大多數消費級打印機都采用這樣的技術。近年來，也逐步出現了一些其他的3D打印技術，例如噴灑氣凝膠涓流打印，用液態樹脂打印后硬化處理形成有彈性的聚合物，逐層平鋪油墨薄層后曝光硬化，甚至還有用摻雜了導電納米顆粒的油墨打印導線和電路。

　　“每種打印技術都有其自身的局限，”Jerry Qi說，“于是我們把四種3D打印技術集成到了一個單一平臺上。”Jerry Qi是來自亞特蘭大佐治亞理工(Georgia Institute of Technology)的一名材料科學家，領導了這臺多材料打印機的設計。

　　集成的功效

　　Jerry Qi還提到，盡管當前的3D打印機已經可以制作包含多種材料的電子元件，然而如果元件結構需要使用多種打印方法，每種方法仍需要更換不同的打印設備。但在不同3D打印設備間轉移元件需要同時保證微米級別的精度，這往往是不現實的，而且如果元件同一層包含多種材料，這樣做也十分低效。

　　他的團隊的多材料打印機有多個打印頭——生產材料的噴嘴，對應一個打印平臺上的四種技術。每個都有單獨的軟件，固化材料的光，以及可移動平臺和機械臂——用于拾取和放置組件。這允許多個打印頭協同工作來構建包含多種材料的單層。 “這是一個非常聰明的解決方案。” Zhou說。

　　Jerry Qi和他的團隊用這款打印機成功地把一個發光二極管嵌入到一個塑料外殼中，在這個過程中內部電路結構和塑料外殼實現了同步打印。他們還在一塊橡膠材料的內部打印了一層導電油墨，使其可以在拉伸扭曲的條件下傳導電流，展示了該技術在柔性電子領域的應用可能。

　　用新型3D打印機打印的一個輪子(左圖)和一根柔性導電帶。

　　來源：Craig Hamel and Conner Dunn

　　這臺樣機讓業內的其他研究者躍躍欲試。“(在這之前)我們還在討論，想象這種設備。”澳大利亞伍倫貢大學(University of Wollongong)的材料工程師Geoff Spinks說。他還提到，這種可拉伸的電子器件可以應用在小型柔性機器人領域，因為它們能夠提供現有工藝下的導線內嵌式器件不具備的柔性。

　　Jerry Qi介紹說這臺打印機的制造主要由美國空軍資助，大約耗資35萬美元。他認為這臺打印機的首批用戶將會是航空公司，用來設計航空電子設備電路——它直接打印天線的能力能夠加速航空電子設備的原型設計流程。他預計這臺打印機的售價將在一百萬美元左右。

　　Spinks說這只是多材料打印機的前哨戰。他預計包含更多功能的設備將很快面市：“我覺得未來我們會(在同一設備上)有16種不同的打印頭，甚至更多。”

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