Nature子刊：研究人員創(chuàng)新計算機模擬平臺，優(yōu)化3D打印導電元件材料行為

2025年2月26日，南極熊獲悉，馬德里卡洛斯三世大學（UC3M）與牛津大學、倫敦帝國理工學院和巴斯克地區(qū) BC 材料研究中心合作，開發(fā)了一種創(chuàng)新的計算模型，可以預測和改進使用 3D 打印機制造的多功能結構的行為。

這一突破最近以題為“In-silico platform for themultifunctional design of 3D printed conductive components”的論文發(fā)表在《自然通訊》雜志上，為生物醫(yī)學、軟機器人和其他工程分支等領域的新應用打開了大門。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56707-y

這項研究的作者之一、卡洛斯三世連續(xù)介質力學和結構理論系的丹尼爾·加西亞-岡薩雷斯 (Daniel García-González) 表示：“目前，導電熱塑性塑料非常有前景，因為它們能夠在提供結構支撐的同時傳輸電信號。但制造這些材料的主要挑戰(zhàn)是控制其內(nèi)部結構，因為細絲之間的粘合和小腔的存在會影響它們的機械阻力和傳輸電信號的能力�！�

到目前為止，這些因素被認為是 3D 打印過程中不可避免的缺點。然而，研究人員通過整合先進的計算工具和實驗試驗，成功控制了這些特性，使他們能夠制造出靈敏且能夠將機械信號轉換為電信號的結構。

△具有不同打印方向的 FFF 樣品的多物理特性

△計算機模擬平臺在 DIW 打印機 3D 打印可加熱墨盒的最佳設計中的應用。

同樣來自卡三連續(xù)介質力學和結構理論系的 Javier Crespo 說道：“這一發(fā)現(xiàn)的關鍵點在于，它可以推廣到其他類型的 3D 打印技術，在這些技術中可以使用更柔軟的材料�！�

研究人員樂觀地認為，得益于這些新計算工具的結合，將有可能設計出為未來增材制造發(fā)展奠定基礎的材料。

這項新研究得到了大量實驗驗證的支持，提供了一種可靠的方法來最大限度地減少導電元件不同行為之間的差異，并代表了多功能材料設計方面的重大進步。Javier Crespo 說：“例如，在工程領域，這些結構既可用于制造軟機器人，也可用于獲取可用于機器學習技術的虛擬數(shù)據(jù)。”

牛津大學教授、論文共同作者埃米利奧·馬丁內(nèi)斯-帕涅達 (Emilio Martínez-Pañeda) 說： “這項研究開辟了無限的機會，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)或基礎設施監(jiān)控方面發(fā)揮巨大作用�！�

Daniel García-González 說道：“不僅如此，利用這些新材料，我們還可以制作貼片或敷料，提醒我們膝蓋彎曲的次數(shù)，這樣，一旦發(fā)生受傷，我們就能在某些關鍵點收到警報，避免對肌肉造成損傷。”