Nature子刊：研究人員創(chuàng)新計(jì)算機(jī)模擬平臺(tái)，優(yōu)化3D打印導(dǎo)電元件材料行為

2025年2月26日，南極熊獲悉，馬德里卡洛斯三世大學(xué)（UC3M）與牛津大學(xué)、倫敦帝國(guó)理工學(xué)院和巴斯克地區(qū) BC 材料研究中心合作，開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的計(jì)算模型,，可以預(yù)測(cè)和改進(jìn)使用 3D 打印機(jī)制造的多功能結(jié)構(gòu)的行為。

這一突破最近以題為“In-silico platform for themultifunctional design of 3D printed conductive components”的論文發(fā)表在《自然通訊》雜志上,，為生物醫(yī)學(xué),、軟機(jī)器人和其他工程分支等領(lǐng)域的新應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56707-y

這項(xiàng)研究的作者之一,、卡洛斯三世連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論系的丹尼爾·加西亞-岡薩雷斯 (Daniel García-González) 表示：“目前,，導(dǎo)電熱塑性塑料非常有前景，因?yàn)樗鼈兡軌蛟谔峁┙Y(jié)構(gòu)支撐的同時(shí)傳輸電信號(hào),。但制造這些材料的主要挑戰(zhàn)是控制其內(nèi)部結(jié)構(gòu),，因?yàn)榧?xì)絲之間的粘合和小腔的存在會(huì)影響它們的機(jī)械阻力和傳輸電信號(hào)的能力�,！�

到目前為止,，這些因素被認(rèn)為是 3D 打印過(guò)程中不可避免的缺點(diǎn)。然而,，研究人員通過(guò)整合先進(jìn)的計(jì)算工具和實(shí)驗(yàn)試驗(yàn),，成功控制了這些特性，使他們能夠制造出靈敏且能夠?qū)�機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu),。

△具有不同打印方向的 FFF 樣品的多物理特性

△計(jì)算機(jī)模擬平臺(tái)在 DIW 打印機(jī) 3D 打印可加熱墨盒的最佳設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,。

同樣來(lái)自卡三連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論系的 Javier Crespo 說(shuō)道：“這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)在于，它可以推廣到其他類(lèi)型的 3D 打印技術(shù),，在這些技術(shù)中可以使用更柔軟的材料,�,！�

研究人員樂(lè)觀地認(rèn)為，得益于這些新計(jì)算工具的結(jié)合,，將有可能設(shè)計(jì)出為未來(lái)增材制造發(fā)展奠定基礎(chǔ)的材料,。

這項(xiàng)新研究得到了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的支持，提供了一種可靠的方法來(lái)最大限度地減少導(dǎo)電元件不同行為之間的差異,，并代表了多功能材料設(shè)計(jì)方面的重大進(jìn)步,。Javier Crespo 說(shuō)：“例如，在工程領(lǐng)域,，這些結(jié)構(gòu)既可用于制造軟機(jī)器人,，也可用于獲取可用于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的虛擬數(shù)據(jù)�,！�

牛津大學(xué)教授、論文共同作者埃米利奧·馬丁內(nèi)斯-帕涅達(dá) (Emilio Martínez-Pañeda) 說(shuō)： “這項(xiàng)研究開(kāi)辟了無(wú)限的機(jī)會(huì),，使得智能材料和傳感器的開(kāi)發(fā)成為可能,，這些材料和傳感器可能在航空航天工業(yè)或基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控方面發(fā)揮巨大作用�,！�

Daniel García-González 說(shuō)道：“不僅如此,，利用這些新材料，我們還可以制作貼片或敷料,，提醒我們膝蓋彎曲的次數(shù),，這樣，一旦發(fā)生受傷,，我們就能在某些關(guān)鍵點(diǎn)收到警報(bào),，避免對(duì)肌肉造成損傷�,！�