在過去幾年里我們看到來的3D打印領(lǐng)域出現(xiàn)了一些令人驚嘆的技術(shù)創(chuàng)新。這中間最令人關(guān)注的熱點(diǎn)之一就是3D打印電子產(chǎn)品。研發(fā)人員的最終目標(biāo)是在3D打印對(duì)象內(nèi)部集成各種電器元件。

盡管已經(jīng)有像Voxel8這樣的公司試圖將超導(dǎo)電油墨與熱塑性塑料結(jié)合起來3D打印電子產(chǎn)品。但就目前而言該技術(shù)還沒有真正進(jìn)入日常實(shí)用階段。

近日，美國德州南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)（Southern Methodist University）機(jī)械工程系的研究人員又發(fā)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(tuán)隊(duì)在近日發(fā)表的一篇論文上介紹了這種技術(shù)，該技術(shù)能夠使纖維的鋪設(shè)與熔融的熱塑性材料的層積同步，這樣就使纖維一經(jīng)鋪設(shè)就被立即封裝在打印層里。

該FEAM技術(shù)可用于各種電氣應(yīng)用，比如在3D打印對(duì)象內(nèi)的布線、螺旋線圈的打印，以及傳感器或致動(dòng)器的內(nèi)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(shù)有點(diǎn)類似碳纖維3D打印機(jī)Mark One上使用的技術(shù)。該3D打印機(jī)使用熔融的熱塑性材料持續(xù)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(duì)象。這樣打印出來的3D對(duì)象物理性能要優(yōu)于純熱塑性塑料打印出來的3D對(duì)象。

用FEAM工藝打印的結(jié)構(gòu)的照片：（a）外徑value="25.4" unitname="毫米">25.4毫米螺旋線的剖面特寫顯微照片；（b和c）分別為13和value="4" unitname="毫米">4毫米外徑的鎳絲螺旋線圈，；（d）value="25" unitname="毫米">25毫米外徑銅螺旋線圈；（e）一個(gè)value="26" unitname="毫米">26毫米寬的方形線圈，角線半徑600微米。

“3D打印的線圈也可以結(jié)合其它結(jié)構(gòu)生成機(jī)電設(shè)備。”介紹FEAM打印工藝的論文如是宣稱。“例如，一個(gè)用BendLay材料打印的錐形、框架或彎曲結(jié)構(gòu)與銅/BendLay材質(zhì)的螺旋線圈可作為一個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功能性有源揚(yáng)聲器。再稍加修改還能變成一個(gè)音圈致動(dòng)器。”

研究人員還能用這個(gè)技術(shù)3D打印薄膜開關(guān)，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(dāng)然，這種新型的3D打印工藝在真正進(jìn)入實(shí)用階段之前還有很長(zhǎng)的路要走。目前研究人員正在完善該技術(shù)，并且已經(jīng)克服了很多障礙。最初，打印機(jī)在打印過程中其封裝的纖維如果出現(xiàn)彎曲或突然的折彎時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。這是因?yàn)椋瑹崴苄运芰蠜]有足夠的時(shí)間冷卻以封裝纖維，導(dǎo)致其離開預(yù)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(gè)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(xiàng)技術(shù)一旦進(jìn)入市場(chǎng)，其成本并不會(huì)很高，無論是大小企業(yè)甚至是業(yè)余愛好者都有可能從中受益。因?yàn)樗锌赡軒硪恍┖芰瞬黄鸬闹圃鞈?yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)在論文中總結(jié)道：“FEAM原則上可以進(jìn)一步擴(kuò)展到制造更為復(fù)雜的系統(tǒng)——比如3D打印整個(gè)機(jī)器人，因?yàn)樗軌驅(qū)崿F(xiàn)一些很難進(jìn)行原位制備的零部件如集成電路、MEMS器件、電池及精密機(jī)械等的自動(dòng)插入。”

該項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)的成員包括：Matt Saari、Bryan Cox、Edmond Richer、Paul S. Krueger和Adam L. Cohen。