研究人员使用3D打印来创建柔软的电子可穿戴
为什么这很重要
电子产品通常很难,这使其难以集成到可穿戴设备或衣服中,但是现在新的软电子产品可以为整个新应用铺平道路
人类的皮肤,甚至是3D印刷的人造皮肤,都是惊人的,但是为了容纳我们的身体,一切都必须能够伸展和弯曲。同样,任何磨损紧身的东西,例如运动服,您的氨纶都会吓到您,也必须能够伸展和弯曲。这只是常识。但是,当您设计下一代可穿戴设备时,尤其是当我们开始谈论必须使用刚性电子组件时,设计既舒适又实用的东西突然变得更加困难。
现在,哈佛大学和美国空军研究实验室的一组研究人员为软电子产品创建了一种新的3D打印技术,他们称为“混合3D打印”,将软,导电油墨和材料与刚性电子组件集成到一个弹性设备中。
新设备正在使用
作者Alex Valentine说:“使用这种技术,我们可以3D将电子传感器直接打印到材料上,以数字方式采摘和放置电子组件,并打印导电互连的连接,以一口气“读取”传感器数据信号所需的电子电路。”该研究用高级材料发表。
所讨论的可拉伸导电墨水由热塑性聚氨酯(TPU)制成,一种柔性塑料与银片混合,并且团队能够3D打印纯TPU和Silver-TPU墨水,以创建其新设备的软底物和导电电极。
情人节解释说:“因为底物和电极都包含TPU,当它们是由一层共同印刷的一层时,它们在干燥之前就彼此强烈粘附在一起,”情人节解释说:“溶剂蒸发后,溶剂蒸发后,胶水固化,形成一个既有柔性又可拉伸的集成系统。”
打印过程会导致导电墨水中的银片与印刷方向保持一致,从而使其平坦的板一样的侧面层彼此层,例如森林地板上的重叠叶子,正是这种对齐有助于提高其电导率。
“由于墨水和底物是3D打印的,我们可以完全控制导电功能的图案位置,并且可以设计电路以创建几乎各种尺寸和形状的软电子设备。”邮政DOC研究人员博士Will Boley说。
In the new wearable soft sensors that are made from conductive materials that change their electrical conductivity when stretched are coupled with a programmable microcontroller chip to process the data, and to achieve this, the researchers combined the printed soft sensors with their digital “pick-and-place process” that applied a modest vacuum through an empty printing nozzle to pick up electronic components and place them onto the substrate surface in a specific, programmable manner.
由于这些表面上安装的电气组件(例如LED,微芯片和电阻器)本质上是坚硬而刚性的,因此团队通过在每个组件下方将TPU墨水涂在下面,然后将其连接到潜在的软TPU底物,从而利用了TPU的粘合剂特性。一旦干燥,TPU点可用于锚定这些刚性组件并在整个矩阵中分布应力,从而使完全组装的设备的拉伸最多可以伸展30%,同时仍保持功能。
例如,由12个连接到TPU的LED组成的团队可穿戴设备可以反复弯曲成圆柱形形状,而不会降低LED的强度,而不会增加设备的机械故障,因此,作为一个简单的概念证明,团队创建了两个软电子启动,以证明其潜力。
第一个是一种应变传感器,导致可穿戴套筒像设备一样,表明佩戴者的手臂弯曲了多少,第二个是一个人的脚形状的压力传感器,其变形模式使他们可以创建一个人脚走动时发生的视觉“热图”。
尽管团队仍在努力优化他们的新技术,但他们说它具有无数的潜在用例,并且将来Spandex可能并不是您穿着体育馆的全部。想想舒适的可穿戴设备,可以预测您何时会生病,或者告诉您的医生,您的新再生绷带正在治愈您的皮肤的速度,或者更糟糕的是,可以告诉您的伴侣,当您实际上应该锻炼时,您的伴侣在体育馆里放松了。健康和保健的可能性,以及许多事情,例如争论,都是无限的。