隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的興起，智能結(jié)構(gòu)得到廣泛的關(guān)注和迅猛的發(fā)展。智能結(jié)構(gòu)顧名思義，集結(jié)構(gòu)和傳感于一體，能夠感知被測物體的信息和狀態(tài)，將物理量轉(zhuǎn)化為可測量的電信號。

3D打印技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和定制化生產(chǎn)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。熔融堆積成型（FDM）是一種典型的基于熔融熱塑性材料連續(xù)層堆積成型的3D打印方法，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、汽車、航空航天、石油天然氣等行業(yè)。

中國科學(xué)院太空制造技術(shù)實驗室研究團隊（CAS-Key Laboratory of Space Manufacturing Technology，SMT）最近在ACS Applied Materials & Interfaces(2020, 12, 3, 3928-3935)上發(fā)表了一種通過激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)在聚醚醚酮（PEEK）3D打印件表面引入導(dǎo)電傳感電路的方法，用于制造智能結(jié)構(gòu)件。

研究團隊利用了前期聚醚醚酮（PEEK）材料3D打印的基礎(chǔ) (Polymers,2019,11,656)。運用遠鑄智能 (INTAMSYS) FUNMAT HT打印的PEEK結(jié)構(gòu)件通過10.6 μm波長的CO2激光加工后，得到了具備導(dǎo)電和傳感雙重功能的PEEK基激光誘導(dǎo)石墨烯(PEEK-LIG，Laser Induced Graphene)。通過進一步處理，得到智能結(jié)構(gòu)件（圖1）。該智能結(jié)構(gòu)件可在多種場景中應(yīng)用，具備優(yōu)異的力學(xué)性能，高靈敏度，高穩(wěn)定性等優(yōu)點，其制備方式簡單且成本較低。

圖1 PEEK-LIG智能結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法和測試表征

相應(yīng)的力學(xué)性能測試表明，通過該方法制備的PEEK-LIG結(jié)構(gòu)在一定的拉伸和彎曲形變范圍內(nèi)可以保有較高的傳感靈敏度。為了檢驗在不同環(huán)境中，PEEK-LIG結(jié)構(gòu)件的傳感性能，研究人員又進行了水下功能測試，結(jié)果表明PEEK-LIG結(jié)構(gòu)件在水中仍能保持快速的響應(yīng)速度和恢復(fù)速度，具備在水環(huán)境中的應(yīng)用潛力。

圖2 PEEK-LIG智能結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和應(yīng)變傳感性能測試

圖3 PEEK-LIG智能結(jié)構(gòu)件的耐水性試驗和工作機理

3D打印技術(shù)和激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)的結(jié)合，降低了制造智能結(jié)構(gòu)件的成本，豐富了應(yīng)用場景。研究人員利用FUNMAT HT 進行制造出PEEK齒輪，利用激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)在輪齒上制造出傳感結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對齒輪磨損情況的檢測與判斷。值得一提的是，該方法具有廣泛的適用性，因為大部分高分子材料均可以通過該方法制造出石墨烯結(jié)構(gòu)。

圖4 PEEK-LIG智能齒輪和其工作狀態(tài)

FUNMAT-HT具有先進的加熱功能設(shè)計（90℃腔室溫度，450℃噴頭溫度），可打印20多種功能材料。包括PEEK、PEKK、ULTEM（PEI）、PPSU等高性能功能材料，以及PC、PA、PA-CF、ABS等工程材料。

遠鑄智能FUNMAT HT 高溫3D打印機

去年遠鑄智能又發(fā)布了FUNMAT PRO 410智能高溫雙噴頭３D打印機，最大可打印305 x 305 x 406 mm尺寸的結(jié)構(gòu)件，可實現(xiàn)高速和高精度打印，進一步迎合了研究院所對穩(wěn)定快速成型的３D打印機的需求。

遠鑄智能FUNMAT PRO 410