使用由MIT研究人员开发的3D打印方法，诸如该模型飞机翼的结构可以具有嵌入材料中的光发射器和光探测器，因此它可以连续地检测任何微裂缝，因为它们开始形成。
具有嵌入式电路的长丝可用于打印生物医学和机器人设备的复杂形状。
由MIT研究人员开发的一种新方法使用标准的3-D打印机来生产具有已嵌入内部的电子设备的功能设备。这些装置由含有多个互连材料的纤维制成，可以点亮，感知其周围环境，存储能量或执行其他动作。
新的3-D印刷方法在Journy Nature Communication中描述了MIT博士生Gabriel Loke，John Joannopoulos教授和Yoel Fink，以及在MIT和其他地方的四个纸张。
该系统利用配备特殊喷嘴的传统3-D打印机和新型丝状丝以取代通常的单材料聚合物长丝，这通常在从打印机的喷嘴挤出之前完全熔化。研究人员的新灯丝具有由以精确配置布置的不同材料构成的复杂的内部结构，并被外部的聚合物包层包围。
在新的打印机中，喷嘴在较低的温度下运行，并通过更快的传统打印机将灯丝拉动，使其外层仅部分熔化。内部保持冷静且坚固，其嵌入式电子功能不受影响。以这种方式，表面熔化足以使其在印刷过程中坚固地粘附到相邻的长丝中，以产生坚固的3-D结构。
灯丝中的内部部件包括用作导体的金属线，可用于控制有源功能的半导体，以及聚合物绝缘体，以防止焊丝彼此接触。作为演示，团队为模型飞机打印了一架机翼，使用包含发光和光检测电子器件的长丝。这些组件可能透露可能发展的任何显微裂缝的形成。
虽然模型机翼中使用的长丝包含八种不同的材料，但Loke说，原则上它们可能包含更多。直到这项工作，他说，“一个能够存放金属，半导体和聚合物的打印机仍然不存在，因为印刷这些材料中的每一个都需要不同的硬件和技术。”
Loke说，这种方法比任何制造3-D器件的任何其他目前的方法更快三倍，并且与所有三维打印机一样，提供了关于可以生产的形式的各种形式的灵活性。 “独特的3-D打印，这种方法能够构造任何自由形状的装置，这是迄今为止的任何其他方法无法实现的，”他说。
该方法利用含有各种嵌入其中的各种不同材料的热绘制的纤维，这是一种融合的过程，以及他的合作者已经完善了二十年。它们创建了一系列具有电子元件的纤维阵列，使得能够执行各种功能的光纤。例如，对于通信应用，闪烁灯可以通过包含光传感器的其他光纤拾取的数据传输数据。这种方法具有第一次产生的纤维，并且具有从中编织的织物，具有内置这些功能。
现在，这一新工艺使整个纤维系列作为生产功能3-D器件的原材料，可以在其他动作中感测，沟通或存储能量。
为了使纤维本身，将不同的材料最初组装成称为预制件的较大刻度版本，然后在炉中加热并绘制以产生非常窄的纤维，其包含所有这些材料，但是大小大大减少。
该方法可以进一步开发以产生各种不同类型的设备，尤其是对于精确定制每个设备的能力至关重要的应用。Fink表示，其中一个这样的区域是用于生物医学设备，其中匹配患者自己的身体可能是重要的，这是一种材料科学教授以及电气工程和计算机科学以及非营利性高级功能织物的首席执行官美国。
例如，假肢可以使用这种方法打印有一天，不仅与患者肢体的精确尺寸和轮廓匹配，而且还可以使用所有电子器件来监测和控制嵌入到位的肢体。
多年来，该集团开发了一种含有不同材料和功能的各种纤维。Loke表示，几乎所有这些都可以适用于新的3-D印刷技术，使得可以打印具有各种不同的材料和功能组合的物体。该装置使用称为融合沉积建模（FDM）打印机的标准类型的3-D打印机，这些打印机已经在许多实验室，办公室，甚至是家中找到。
将来可能是可能的一个应用程序是打印用于生物医学植入物的材料，该植入物将为新细胞的生长提供脚手架，以替代受损器官，并包括在IT传感器内监测该生长的进展。
新方法也可能对设备的原型设计有用 - 已经是3-D打印的主要应用，但在这种情况下，原型将具有实际功能，而不是静态模型。
研究团队包括麻省理工学院研究生罗杰元;前麻省理工学院研究生Michael Rein，现在在奥运区工作;邮政编码Khudiyev，纽约石溪大学的本科生Yash Jain。该工作部分由国家科学基金会，美国陆军研究实验室和美国军队研究办公室通过士兵纳米技术研究所支持。
图片：菲利斯·弗兰克尔（Felice Frankel）
参考：Gabriel Loke，Rodger Yuan，Michael Rein，Tural Khudiyev，Yash Jain，John Joannopoulos和Yoel Fink，2019年9月5日，自然传播。
10.1038 / s41467-019-11986-0
