一組研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出創(chuàng)新模型,，可以預(yù)測(cè)并改善3D打印材料性能

2025年2月26日,，南極熊獲悉,，西班牙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,，開發(fā)了一種創(chuàng)新的計(jì)算模型,。這個(gè)模型能夠預(yù)測(cè)這些結(jié)構(gòu)在打印后將如何表現(xiàn),，例如它們的機(jī)械強(qiáng)度、電氣性能等,，并且還能指導(dǎo)改進(jìn)這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),，以便更好地滿足特定的應(yīng)用需求,。這一研究成果已發(fā)表在《自然通訊》雜志上，為生物醫(yī)學(xué),、軟機(jī)器人以及其它工程分支等領(lǐng)域的新應(yīng)用開辟了可能性,。

相關(guān)研究題目為“用于3D打印導(dǎo)電元件多功能設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模擬平臺(tái)”（傳送門）

本文的主要作者之一Daniel García-González解釋道：“導(dǎo)電熱塑性塑料目前非常有前景，因?yàn)樗鼈冊(cè)谔峁┙Y(jié)構(gòu)支撐的同時(shí),，還能傳輸電信號(hào),。然而，制造這些材料的主要挑戰(zhàn)在于控制導(dǎo)電熱塑性塑料內(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)械強(qiáng)度和電信號(hào)傳輸能力,。”

迄今為止,，這些因素被視為3D打印過(guò)程中的不可避免的缺陷,。但是，研究人員通過(guò)整合先進(jìn)的計(jì)算工具與實(shí)驗(yàn)測(cè)試,，成功地控制了這些特性,。這使得他們能夠制造出既靈敏又能夠?qū)�機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)。

用于評(píng)估3D打印導(dǎo)電聚合物多物理行為的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)

推動(dòng)智能多功能材料的開發(fā)與應(yīng)用

卡洛斯三世大學(xué)研究人員Javier Crespo指出：“這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵在于,，它可以推廣到其它類型的3D打印技術(shù),，其中可以使用更柔軟的材料。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),�,！�

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)方面的一個(gè)重大進(jìn)步,。研究人員樂(lè)觀地認(rèn)為，借助這些新計(jì)算工具的結(jié)合,，將有可能設(shè)計(jì)出為未來(lái)增材制造奠定基礎(chǔ)的材料,。

△這項(xiàng)工作提供了一個(gè)多尺度計(jì)算框架來(lái)評(píng)估3D打印導(dǎo)電聚合物的熱電機(jī)械行為

牛津大學(xué)教授、這項(xiàng)研究的共同作者Emilio Martínez-Pañeda表示：“這項(xiàng)研究開辟了無(wú)限的可能性,，使得智能材料和傳感器的開發(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補(bǔ)充道：“此外,，利用這些新材料，我們還可以制作貼片或敷料,，監(jiān)測(cè)膝蓋彎曲次數(shù),。這樣,，一旦發(fā)生受傷，我們就能在關(guān)鍵點(diǎn)收到警報(bào),，從而避免肌肉損傷,。”

總的來(lái)說(shuō),，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這種計(jì)算方法,，能夠從多個(gè)尺度（如分子、微觀結(jié)構(gòu),、宏觀結(jié)構(gòu)等）綜合評(píng)估和分析通過(guò)3D打印技術(shù)制造的導(dǎo)電聚合物材料的熱,、電和機(jī)械性能，同時(shí)也為生物醫(yī)學(xué),、軟機(jī)器人以及其他工程領(lǐng)域帶來(lái)了新的應(yīng)用前景,。