在過去幾年里我們看到來的3D打印領域出現了一些令人驚嘆的技術創新。這中間最令人關注的熱點之一就是3D打印電子產品。研發人員的最終目標是在3D打印對象內部集成各種電器元件。
盡管已經有像Voxel8這樣的公司試圖將超導電油墨與熱塑性塑料結合起來3D打印電子產品。但就目前而言該技術還沒有真正進入日常實用階段。
近日，美國德州南衛理公會大學（Southern Methodist University）機械工程系的研究人員又發明了一種新的3D打印工藝——纖維封裝增材制造（ Fiber Encapsulation Additive Manufacturing，FEAM）。研究團隊在近日發表的一篇論文上介紹了這種技術，該技術能夠使纖維的鋪設與熔融的熱塑性材料的層積同步，這樣就使纖維一經鋪設就被立即封裝在打印層里。
該FEAM技術可用于各種電氣應用，比如在3D打印對象內的布線、螺旋線圈的打印，以及傳感器或致動器的內涵物或其它纖維類材料。此外這種方法也可以在其它材料上使用。該技術有點類似碳纖維3D打印機Mark One上使用的技術。該3D打印機使用熔融的熱塑性材料持續包裹著象碳纖維、玻璃纖維這類的纖維材料逐層打印出3D對象。這樣打印出來的3D對象物理性能要優于純熱塑性塑料打印出來的3D對象。
用FEAM工藝打印的結構的照片：（a）外徑
“3D打印的線圈也可以結合其它結構生成機電設備。”介紹FEAM打印工藝的論文如是宣稱。“例如，一個用BendLay材料打印的錐形、框架或彎曲結構與銅/BendLay材質的螺旋線圈可作為一個整體打印出來。然后裝上NdFeB磁鐵和放大器，再3D打印出外殼，就是一個標準的功能性有源揚聲器。再稍加修改還能變成一個音圈致動器。”
研究人員還能用這個技術3D打印薄膜開關，只要在不同的打印層鋪好金屬線，而兩層金屬線之間留出間隙即可。
當然，這種新型的3D打印工藝在真正進入實用階段之前還有很長的路要走。目前研究人員正在完善該技術，并且已經克服了很多障礙。最初，打印機在打印過程中其封裝的纖維如果出現彎曲或突然的折彎時會出現問題。這是因為，熱塑性塑料沒有足夠的時間冷卻以封裝纖維，導致其離開預定的路徑。于是研究人員通過直接用冷卻空氣吹向剛剛擠出的塑料來解決這個問題。迅速硬化的塑料成功地將彎曲的纖維固定在指定位置。
理論上說，這項技術一旦進入市場，其成本并不會很高，無論是大小企業甚至是業余愛好者都有可能從中受益。因為它有可能帶來一些很了不起的制造應用，研究團隊在論文中總結道：“FEAM原則上可以進一步擴展到制造更為復雜的系統——比如3D打印整個機器人，因為它能夠實現一些很難進行原位制備的零部件如集成電路、MEMS器件、電池及精密機械等的自動插入。”
該項目研究團隊的成員包括：Matt Saari、Bryan Cox、Edmond Richer、Paul S. Krueger和Adam L. Cohen。
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