卡耐基梅隆大学3D打印可拉伸可穿戴的电子“纹身”

来自卡内基梅隆大学工程学院和葡萄牙科英布拉大学系统与机器人研究所的研究人员开发了一种简单有效的方法来制造坚固、高度灵活的纹身式电路，用于可穿戴计算。

科学家采用低成本的3D打印工艺将导电液态金属合金打印到附着在人体皮肤上的纹身纸上。这些超薄纹身可以很容易地用水蘸上，就像用湿海绵涂抹儿童的装饰纹身一样。

让电路更随形

 电子“纹身”的低成本加工

研究结果发表在《高级材料》的一篇论文中，除了低成本加工外，这些纹身还有其他优点。因为它们具有类似于轻质织物的机械性能，所以它们在弯曲、折叠、扭曲和30％以上的应变（这是人类皮肤的典型可拉伸性）下仍保持功能。它们可以贴合并附着在高度弯曲的3D表面上，例如人脑或柠檬模型。超薄、顺应性电子纹身的应用包括表皮生物监测、软机器人、柔性显示器等。

其他类似纹身的电子产品要么在无尘室内部需要复杂的制造技术，要么缺乏皮肤上可拉伸数字电路功能所需的材料性能。而卡耐基梅隆大学的机械工程学副教授兼软机实验室主任卡梅尔·马吉迪（Carmel Majidi）打开了一种新的途径，用一种经济的方式制造可拉伸电子电路。

2018年，马吉迪教授和他的团队还创造了一种能够自我修复的电路，即使在切断或损坏主要路径后，它也可以继续工作。他们创造了一种由液态金属制成的材料，该材料也可以物理修复损坏。当将两片液态金属电复合材料放置在一起时，他们像自愈合一样融合在一起。这项创新使电路可以承受更大的损坏，因为它们可以简单地对其进行自我修复。

据了解，卡耐基梅隆大学还使用有机硅弹性体通过3D打印技术开发了具有压力感应功能的可穿戴式脉搏血氧仪。基于手指或脚趾的解剖学扫描，可通过3D打印制造针对患者的柔软袖带，并与柔性电子设备集成在一起以计算心率，血氧含量和活动状态。

关于3D打印技术，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室LLNL 曾开展了一个新的金属3D打印技术研究项目–金属直写技术（Direct Metal Writing），根据LLNL，金属直写3D打印技术研发的一个关键点是，如何精确控制温度和材料的流动，掌握材料的流动属性。

直接书写技术是高通量3D打印领域十分具有想像空间的技术，这项技术的专利中就包括哈佛大学Lewis教授的直接书写专利。Lewis教授认为这种直接书写的打印技术有利于创建最小收缩和变形的结构，并且可实现大尺度打印的可能，这种可以用来实现平面和三维维度上微结构的零件快速生产具有广阔的应用空间。具体可商业化的领域包括印刷电子、太阳能电池、微流体芯片、新型复合材料、组织工程等。

西湖未来智造的高精度3D直写设备样机已在和国内多家微电子领域企业正在论证中，标准化设备生产周期为5-10个月，可实现0.1-10微米精度的多材料打印，并结合新型嵌入式工艺，实现复杂三维结构打印；多工艺混合3D打印设备生产周期为6-18个月，可实现10-100微米精度融合金属、介质的复杂三维结构打印。

据观察，我国研究机构也在开展3D打印电池技术的应用研究。例如，深圳大学增材制造研究对低温直写3D打印制造锂电池电极的制造进行了研究，3D打印LiFePO4正极与Li4Ti5O12负极，未来可应用于助听器、电子手环等终端。