新型3D打印技术FEAM面世 适于电气应用

近日，美国德州南卫理公会大学（Southern Methodist University）机械工程系的研究人员又发明了一种新的3D打印工艺——纤维封装增材制造（ Fiber Encapsulation Additive Manufacturing，FEAM）。研究团队在近日发表的一篇论文上介绍了这种技术，该技术能够使纤维的铺设与熔融的热塑性材料的层积同步，纤维一经铺设就能立即被封装在打印层里。

这种技术可用于各种电气应用，比如在3D打印对象内的布线、螺旋线圈的打印，以及传感器或制动器的内涵物或其它纤维类材料。它也可以在其它材料上使用。该技术有点类似碳纤维3D打印机Mark One上使用的技术。3D打印机打印时，熔融的热塑性材料包裹着像碳纤维、玻璃纤维等纤维材料，逐层打印出3D对象。这样打印出来的3D对象，其物理性能要优于纯热塑性塑料打印出来的3D对象。

用FEAM工艺打印的结构的照片：（a）外径25.4毫米螺旋线的剖面特写显微照片；（b和c）分别为13和4毫米外径的镍丝螺旋线圈，；（d）25毫米外径铜螺旋线圈；（e）一个26毫米宽的方形线圈，角线半径600微米。


“3D打印的线圈也可以结合其它结构生成机电设备。”介绍FEAM打印工艺的论文如是宣称。“例如，一个用BendLay材料打印的锥形、框架或弯曲结构与铜/BendLay材质的螺旋线圈可作为一个整体打印出来。然后装上NdFeB磁铁和放大器，再3D打印出外壳，就是一个标准的功能性有源扬声器。再稍加改动还能变成一个音圈制动器。”

研究人员称，用这个技术还可以3D打印薄膜开关，只要在不同的打印层铺好金属线，而两层金属线之间留出间隙即可。


研究人员为完善该技术、促成这种新型3D打印工艺真正进入实用阶段付出了诸多努力。最初，打印机在打印过程中其封装的纤维如果出现弯曲或突然的折弯时会出现问题。这是因为，热塑性塑料没有足够的时间冷却以封装纤维，导致其离开预定的路径。于是研究人员尝试直接用冷却空气吹凉刚刚挤出的塑料，迅速硬化的塑料成功地将弯曲的纤维固定在指定位置。

根据分析，这项技术一旦进入市场，其成本并不会很高，无论是大小企业甚至是业余爱好者都有可能从中受益。研究团队在论文中总结道：“FEAM原则上可以进一步扩展到制造更为复杂的系统——比如3D打印整个机器人，因为它能够实现一些很难进行原位制备的零部件如集成电路、MEMS器件、电池及精密机械等的自动插入。”