在過去幾年裏我們(men) 看到來的3D打印領域出現了一些令人驚歎的技術創新。這中間最令人關(guan) 注的熱點之一就是3D打印電子產(chan) 品。研發人員的最終目標是在3D打印對象內(nei) 部集成各種電器元件。

盡管已經有像Voxel8這樣的公司試圖將超導電油墨與(yu) 熱塑性塑料結合起來3D打印電子產(chan) 品。但就目前而言該技術還沒有真正進入日常實用階段。

近日，美國德州南衛理公會(hui) 大學（Southern Methodist University）機械工程係的研究人員又發明了一種新的3D打印工藝——纖維封裝增材製造（ Fiber Encapsulation Additive Manufacturing，FEAM）。研究團隊在近日發表的一篇論文上介紹了這種技術，該技術能夠使纖維的鋪設與(yu) 熔融的熱塑性材料的層積同步，這樣就使纖維一經鋪設就被立即封裝在打印層裏。

該FEAM技術可用於(yu) 各種電氣應用，比如在3D打印對象內(nei) 的布線、螺旋線圈的打印，以及傳(chuan) 感器或致動器的內(nei) 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。該技術有點類似碳纖維3D打印機Mark One上使用的技術。該3D打印機使用熔融的熱塑性材料持續包裹著象碳纖維、玻璃纖維這類的纖維材料逐層打印出3D對象。這樣打印出來的3D對象物理性能要優(you) 於(yu) 純熱塑性塑料打印出來的3D對象。

用FEAM工藝打印的結構的照片：（a）外徑value="25.4" unitname="毫米">25.4毫米螺旋線的剖麵特寫(xie) 顯微照片；（b和c）分別為(wei) 13和value="4" unitname="毫米">4毫米外徑的鎳絲(si) 螺旋線圈，；（d）value="25" unitname="毫米">25毫米外徑銅螺旋線圈；（e）一個(ge) 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合其它結構生成機電設備。”介紹FEAM打印工藝的論文如是宣稱。“例如，一個(ge) 用BendLay材料打印的錐形、框架或彎曲結構與(yu) 銅/BendLay材質的螺旋線圈可作為(wei) 一個(ge) 整體(ti) 打印出來。然後裝上NdFeB磁鐵和放大器，再3D打印出外殼，就是一個(ge) 標準的功能性有源揚聲器。再稍加修改還能變成一個(ge) 音圈致動器。”

研究人員還能用這個(ge) 技術3D打印薄膜開關(guan) ，隻要在不同的打印層鋪好金屬線，而兩(liang) 層金屬線之間留出間隙即可。

當然，這種新型的3D打印工藝在真正進入實用階段之前還有很長的路要走。目前研究人員正在完善該技術，並且已經克服了很多障礙。最初，打印機在打印過程中其封裝的纖維如果出現彎曲或突然的折彎時會(hui) 出現問題。這是因為(wei) ，熱塑性塑料沒有足夠的時間冷卻以封裝纖維，導致其離開預定的路徑。於(yu) 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(jue) 這個(ge) 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，這項技術一旦進入市場，其成本並不會(hui) 很高，無論是大小企業(ye) 甚至是業(ye) 餘(yu) 愛好者都有可能從(cong) 中受益。因為(wei) 它有可能帶來一些很了不起的製造應用，研究團隊在論文中總結道：“FEAM原則上可以進一步擴展到製造更為(wei) 複雜的係統——比如3D打印整個(ge) 機器人，因為(wei) 它能夠實現一些很難進行原位製備的零部件如集成電路、MEMS器件、電池及精密機械等的自動插入。”

該項目研究團隊的成員包括：Matt Saari、Bryan Cox、Edmond Richer、Paul S. Krueger和Adam L. Cohen。