Ученые Университета Миссури разработали способ создания сложных устройств из нескольких материалов, включая пластик, металлы и полупроводники, с помощью одной машины. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, описывает новый процесс 3D-печати и лазерной обработки для производства многоматериальных, многослойных датчиков, печатных плат и даже текстиля с электронными компонентами. Он называется Freeform Multi-material Assembly Process и обещает произвести революцию в производстве новых продуктов.
Печатая датчики, встроенные в структуру, машина может создавать вещи, способные чувствовать условия окружающей среды, включая температуру и давление. Для других учёных это может означать создание натурального объекта, такого как камень или ракушка, который может измерять движение океанской воды. Для населения — создание носимых устройств, контролирующих кровяное давление и другие жизненно важные показатели.
Участники команды построили машину с тремя различными насадками: одна использует материал, похожий на чернила, другая — лазер для вырезания форм, а третья добавляет дополнительные функциональные материалы, чтобы расширить возможности продукта. Сначала создается базовая структура с помощью обычных нитей для 3D-печати, таких как поликарбонат, тип прозрачного термопластика. Затем он переключается на лазер, чтобы превратить некоторые части в специальный материал, называемый лазерно-индуцированным графеном, помещая его именно туда, где он необходим. Наконец, добавляются другие материалы, чтобы расширить функциональные возможности конечного продукта.
«В настоящее время мы считаем, что эта разработка будет интересна и другим исследователям, но мы уверены, что в конечном итоге она принесет пользу бизнесу. Она сократит время изготовления прототипов устройств, позволив компаниям создавать их у себя дома», — поясняют ученые.
В настоящее время изготовление многослойной структуры, такой как печатная плата, может быть громоздким процессом, включающим множество этапов и материалов. Процесс дорогостоящий, требует много времени и может приводить к образованию отходов, наносящих вред окружающей среде.
«Все в природе состоит из структурных и функциональных материалов. Например, у электрических угрей есть кости и мышцы, которые позволяют им двигаться. У них также есть специализированные клетки, которые могут разряжаться до 500 вольт, чтобы отпугивать хищников. Эти биологические наблюдения вдохновили нас на разработку новых методов изготовления 3D-структур с многофункциональным применением», — говорит Чжэн, автор работы.
[Фото: Sam O’Keefe / The University of Missouri]