Akumulators un bioniskā auss: mājiens par 3-D drukas solījumu

Mūsdienu 3-D printeri parasti var izgatavot lietas tikai no viena veida materiāla — parasti plastmasas vai dažās dārgās iekārtu rūpnieciskajās versijās no metāla. Viņi nevar veidot objektus ar elektroniskām, optiskām vai jebkāda veida funkcijām, kurām nepieciešama vairāku materiālu integrācija. Taču nesenie sasniegumi pētniecības laboratorijā, tostarp 3-D drukāts akumulators un bioniskā auss, liecina, ka tas drīz varētu mainīties.

Jaudas tinte: Šajā skenējošā elektronu mikroskopa attēlā redzams 3-D drukāts litija jonu akumulators. Sīkas sprauslas uzklāj anoda un katoda tintes precīzā arhitektūrā. Šeit redzamais drukātais izstrādājums ir aptuveni milimetrs katrā pusē un pusmilimetru garš. Pēc drukāšanas elektrodi tiek saķepināti un iepakoti.

Pagājušajā mēnesī pētnieki atklāja, viņuprāt, pasaulē pirmo 3-D drukāto akumulatoru, kas izgatavots no divām dažādām elektrodu tintēm. Vada Dženifera Lūisa , Hārvardas bioloģiski iedvesmotas inženierijas profesors, grupa izmantoja sīkas sprauslas, lai precīzi uzklātu anoda un katoda tintes, kas satur attiecīgi litija titāna oksīda un litija dzelzs fosfāta nanodaļiņas. Iekšā papīrs iekšā Uzlaboti materiāli , pētnieki aprakstīja milimetru mēroga uzlādējamo bateriju drukāšanu, ko varētu izmantot, lai darbinātu tādas lietas kā mazi bezvadu sensori un medicīnas ierīces. Baterijas, no kurām katru var izdrukāt dažu minūšu laikā, demonstrēja iespaidīgu elektroķīmisko veiktspēju.

Slānis pēc slāņa: Šajā optiskajā attēlā redzama sprausla ar 30 mikrometru diametru, kas uzklāj elektrodu tintes slāņus.

Lūisa grupa ir izstrādājusi materiālus un pielāgotu printera tehnoloģiju, tostarp sprauslu, ar kuru var izdrukāt līdz viena mikrometra lielumus, kas nepieciešami, lai drukātu ne tikai baterijas, bet arī dažādus funkcionālos komponentus, tostarp elektrodus un antenas, kas izgatavotas no tintes, kas satur metāla nanodaļiņas un optiskās struktūras, kas izgatavotas no fotocietējamiem sveķiem. Tagad, kad viņa un viņas kolēģi ir izveidojuši funkcionālo tintes paleti (viņas grupai ir astoņi patenti), lai digitāli drukātu gan 2-D, gan 3-D komponentus, nākamais solis ir mēģināt izveidot integrētu elektroniku, saka Lūiss.

Lai gan var paiet daudzi gadi, līdz kaut kas tik sarežģīts kā viedtālrunis būs drukājams, daži 3-D drukāti elektroniskie izstrādājumi var nebūt pārāk tālu. Ņemiet, piemēram, dzirdes aparātus, saka Lūiss. Uzņēmumi jau drukā plastmasas apvalku, kas atrodas lietotāja auss dobumā. Elektroniskie komponenti tiek montēti atsevišķi, un ierīcēs tiek izmantoti mazi akumulatori, kas jāmaina aptuveni ik pēc septiņām dienām. Iedomājieties, ja jūs varētu 3-D izdrukāt visu dzirdes aparātu, saka Lūiss. Varam drukāt uz izliektām virsmām. Tādējādi elektriskās sastāvdaļas un uzlādējamo akumulatoru, piemēram, to, ko viņas grupa tikko demonstrēja, varēja papildus ievietot plastmasas apvalkā.

Iespējas, ko sniedz iespēja precīzi ievietot elektroniskos vai optiskos materiālus 3-D drukātajos objektos, neaprobežojas tikai ar plaša patēriņa elektroniku. Maijā Prinstonas pētnieki ziņots izmantojot gatavu 3-D printeri, lai izveidotu datorizētu ausi, kas izgatavota no reāliem audiem ar savstarpēji savienotu elektroniku, tostarp uztītu antenu un elektrodus, kas sastāv no vadoša polimēra, kas ievadīts ar sudraba nanodaļiņām. Lai drukātu audus, pētnieki iesēja želejveida matricu ar liellopu šūnām. Matrica piešķīra apdrukātajai ausij savu formu, šūnām attīstoties skrimšļos.

Pētnieki atzīst, ka auss, kas spēj uztvert radiofrekvences, galvenokārt kalpo kā demonstrācija. Tomēr tas ir pirmais šāda veida bioloģisko audu un elektronikas integrācijas piemērs un ierosina jaunu, uz piedevu ražošanu balstītu pieeju audu inženierijai.

Trīsdimensiju drukātā auss un Lūisa akumulators, kas ražoti, izmantojot printerus, kas izspiež materiālu caur sprauslu, paver iespēju izmantot piedevu ražošanu, lai izgatavotu lietas ar vairāk nekā vienu funkciju. Ričards Hāgs , direktors EPSRC Inovatīvās ražošanas centrs piedevu ražošanā Notingemas Universitātē.

Tomēr Hāgs saka, ka, ja 3-D drukāšanai ilgtermiņā ir jārada stabila ražošanas nozīme, tas, visticamāk, tiks panākts, izmantojot citas drukas tehnoloģijas, piemēram, progresīvas iekārtas, kurās tiek izmantotas tādas drukas galviņas kā parastajos tintes printeros. . Pētījumi viņa centrā ir vērsti uz to, lai pārvarētu būtiskos ar materiāliem saistītos šķēršļus, lai šādā veidā drukātu vadošus materiālus.

Pagaidām Lūisa grupa pēta veidus, kā komercializēt savus ekstrūzijas printerus, kas var drukāt funkcionālas tinti caur sprauslām, kuru izmērs ir līdz 100 nanometriem, un var būt aprīkoti ar drukas galviņām, kas spēj noklāt tinti no vairākām lielākām sprauslām vienlaikus. Es domāju, ka ir veids, kā ražot pielāgotus komponentus, viņa saka. Vismaz tāds ir mūsu redzējums.

paslēpties