一組研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出創(chuàng)新模型，可以預(yù)測并改善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”（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)樗鼈冊谔峁┙Y(jié)構(gòu)支撐的同時(shí)，還能傳輸電信號。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影響它們的機(jī)械強(qiáng)度和電信號傳輸能力�！�

迄今為止，這些因素被視為3D打印過程中的不可避免的缺陷。但是，研究人員通過整合先進(jìn)的計(jì)算工具與實(shí)驗(yàn)測試，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)械信號轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構(gòu)。

用于評估3D打印導(dǎo)電聚合物多物理行為的實(shí)驗(yàn)測試平臺

推動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)算框架來評估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�！�

總的來說，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）綜合評估和分析通過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)域帶來了新的應(yīng)用前景。