正文 活性係統打印:打印完整的機器人(1 / 2)

到目前為止,不論材料是硬或軟,是彈性或堅硬,本章所討論的都是被動材料打印。被動材料以一種可以預知的機械方式對所處的環境做出反應。未來,我們將打印能夠行動、反應、感知、運算和回應周邊環境的活性材料。對打印活性材料的探索時斷時續,所以目前大部分傑出的3D打印作品不論大小、複雜程度,仍屬於被動打印的範疇。

目前活性材料打印取得的初步成果是打印導電材料。我們已經知道如何打印金屬,而金屬是很好的導體,那還存在什麼問題呢?目前的挑戰是如何在非導電材料中嵌入導電材料,比如塑料絕緣體包裹的銅線。如果能夠在非導電體中打印導體,那麼你就可以用預裝配的線束打印機器人、用複雜的定製的天線打印手機、用內置傳感器打印假肢以及新型消費電子設備。

打印導線麵臨著雙重挑戰—超出了多材料打印的能力。這個挑戰是要確保兩種材料可以相互兼容。如果你嚐試同時打印金屬和塑料,金屬熔化的溫度就會燒掉塑料,導致兩種材料無法相容。

找到熔融溫度較低、與塑料相容的特殊導電金屬的可能性也是存在的,但是這些材料很少,也很難被利用。另外,也可能會找到非金屬導體,例如導電塑料,但是並不會像金屬那樣實現完全導電,所以探索仍在繼續。

在Objet公司,對於打印在非導電結構材料內嵌入的導電材料,愛德華多和丹尼爾信心滿滿。他們堅持認為問題不在於技術,而是商業優先權的問題。工業領域渴求更強大、更耐用的3D打印材料。導電材料在短期內難以進入商業視野,它們還不屬於優先考慮的事。

這就形成了一個惡性循環:工業需要更強大的材料,以期超越已有材料和傳統製造技術的能力。任何形式的傳統製造都不可能達到製造嵌入式3D導線的能力。除了少數前衛的機器人設計師,3D打印線路還沒有市場需求。

然而,學術界的任務是要超越短期視野並看得更遠。展望長遠的未來,導電材料將隻是活性材料的冰山一角。目前,很少有研究人員在研究電池、電機和驅動器、晶體管和傳感器的打印。

雖然我們看到的是活性材料,但實際上我們討論的卻是活性係統。就自身而言,活性材料幾乎毫無用處,通常是將多種積極材料混合才會有所應用。如何從打印被動的單一材料零部件過渡到打印活性的、多材料集成係統是當前麵臨的挑戰。

集成係統的一個很好的案例就是3D打印電池。如果你翻開一本電池化學課本,你會發現很多製造電池的方法:標準堿性電池、可充電鋰離子電池、鋅空氣電池等。所有電池都具備相同的基本結構:正極材料和負極材料,中間有“分離層”,像個奶酪三明治,上麵是白麵包,下麵是全麥麵包。這個大而薄的“三明治”被卷起並裝進筒內,與兩根電線相連:一個連接正極,一個連接負極。