傳統(tǒng)的電子元器件通常是堅(jiān)硬的，而柔性電子器件以其獨(dú)特的柔性和延展性，在武器裝備中具有廣泛的應(yīng)用前景。采用增材制造技術(shù)，將超薄的導(dǎo)電油墨等材料直接打印到柔性基底材料上，可實(shí)現(xiàn)武器裝備的結(jié)構(gòu)功能一體化。近年來，外軍積極利用增材制造技術(shù)改進(jìn)裝備設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化。

▌將電子器件直接打印到武器裝備上，提高裝備性能

美國陸軍嘗試采用增材制造技術(shù)將電子器件打印至頭盔、戰(zhàn)服、無人機(jī)和火炮等裝備上。研究人員使用噴墨打印機(jī)和電流傳導(dǎo)油墨來打印電子器件。

3D打印的柔性電路板

3D打印的無人機(jī)電路板

這一工藝使工程師可將傳感器直接打印至武器或一件衣服中。例如，將由銀納米粒子構(gòu)成的無線電天線打印至一個(gè)靈活的聚酰亞胺襯底上，然后嵌入士兵的頭盔中，取代目前附著在頭帶上的天線。或者，電子器件可打印至火炮旁側(cè)，從而釋放更多空間。

▌開發(fā)新型3D打印可穿戴天線，可用于戰(zhàn)場通信和監(jiān)控等

印度軍方開發(fā)出一種輕量、靈活和防水的3D打印天線，可以植入士兵們的軍服中，該設(shè)計(jì)（由環(huán)氧樹脂基板和薄銅膜組成）比傳統(tǒng)的天線模型要更加靈活。

通過智能材料和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能性

3D打印天線長約3厘米，寬約4厘米，設(shè)定的工作頻率在3.37 GHertz左右，可以嵌入紡織品，從而實(shí)現(xiàn)WiMAX（全球微波接入互操作性）應(yīng)用。除了軍事應(yīng)用，這種天線也可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測。

▌利用3D打印實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的監(jiān)測功能

噴氣式飛機(jī)的維護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)錢，但將傳感器打印到航空航天部件上的一種新的3D打印方法有助于優(yōu)化這一過程。英國利用氣溶膠噴射技術(shù)，能夠?qū)?yīng)變及光學(xué)蠕變傳感器直接打印到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片表面上。

在渦輪葉片結(jié)構(gòu)上直寫傳感器和電路

利用傳感器的激光檢測系統(tǒng)和光學(xué)測量功能，研究者們能確定10納米內(nèi)的元件蠕變。這使得人們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測葉片工況，有助于提高燃油效率和發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度，降低航空航天器維護(hù)成本。

END

目前，該應(yīng)用方向主要開展了結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)、增材制造新材料開發(fā)、多材料3D打印等關(guān)鍵技術(shù)研究。未來，雷達(dá)、天線、探測器等電子器件將更多采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)，而柔性電子器件的增材制造是未來發(fā)展的熱點(diǎn)。此外，還將實(shí)現(xiàn)可穿戴式傳感器、嵌入式電子器件的高效、低成本制造，大幅提升裝備性能。