普渡大学开发出新型3D打印方法，可制造各种形状的压电材料

2023年4月22日，南极熊获悉，普渡大学研究人员开发了一种名为“新型电极化辅助增材制造(EPAM)”的方法，用于制造具有压电特性的聚偏二氟乙烯(PVDF)组件。该技术未来可用于制造微电子设备、柔性传感器和其它应用领域。

△新型电极化辅助增材制造(EPAM)技术

电极化辅助增材制造技术

普渡大学研究人员使用压电极化技术和3D打印技术相结合，成功制造出可重复压电性能的复合材料。这种材料能够将机械能转化为电能，并利用晶体反向反应实现此过程。

△Arkema Fluor X Kynar PVDF 3D打印长丝材料

该团队使用Arkema Fluor X Kynar PVDF长丝材料，在MarkerBot Replicator 2上进行实验。在后续测试中，他们将其与直接墨水书写(DIW)相结合，制作了简单的电路。该项目得到了NSF的拨款支持，是更广泛的RoseHub研究的一部分，旨在为健康和工业过程创造新的传感器。

这项技术的应用可以使3D打印的构件具有更多的功能和应用，例如可以用于传感器、能量收集和数据传输等领域。普渡大学的研究团队认为，他们的研究为制造更加智能的3D打印产品打下了基础。

△目前该研究已发表 在《增材制造》杂志上，题目为“使用电极化辅助的3D打印制造技术制备压电活性聚偏氟乙烯薄膜：迈向全三维打印的功能化材料”（传送门）

使用3D打印技术制造压电元件的新方法

普渡大学与明尼苏达大学、丹佛大学和北卡罗来纳大学夏洛特分校合作参与了人类福祉机器人和传感器计划，后者开展了较早的工作。主要想法是使用低成本工艺制造各种形状的压力传感器。该项目由普渡大学工程技术学院助理教授Robert Nawrocki领导。

Robert Nawrocki表示，EPAM工艺是一种将聚偏二氟乙烯(PVDF)的材料挤压与电极化辅助相结合的制造方法。在这个过程中，拉伸熔化的PVdF棒会重新排列薄膜平面中的非晶质线，并且施加的电场会将偶极子对准相同的方向，这有助于诱导形成主要负责压电响应的β相。EPAM工艺可以打印自由形式的PVdF结构，这扩大了设计自由度，以制造具有更多不同几何形状的压电元件。

此外，使用EPAM工艺打印的PVdF薄膜平均压电活性为47.76 pC/N，比未极化的3D打印薄膜高约五倍，为9.0 pC/N。这表明，未极化的3D打印PVdF薄膜的压电活性表现较弱，而在EPAM工艺中，电场的施加有助于提高压电活性，从而增强了其压电响应。

瞄准智能化穿戴技术

这项工作目前还处于开发原型阶段，更多的是针对技术的探索和尝试，而不是实际的商业生产。虽然这项技术的商业化前景尚不清楚，但其应用领域是可穿戴设备和物联网等领域。此外，文章还提到之前已经有关于3D打印传感器的研究，包括用于可穿戴设备的材料挤压传感器和ABS材料挤压传感器等。

该团队在另一篇论文中提到，他们的应用程序包括“大型传感阵列，在可穿戴电子设备和软体机器人中集成温度、压力和湿度传感功能”，以及“用于软体机器人的传感设备、驱动系统，以实现与原型相似甚至更好性能的多功能，在自然界中找到更广泛的应用。”这项技术有着巨大的潜力，如果最终部件的性能得到进一步提高，我们可能会看到定制的可穿戴设备和漂亮的软体机器人采用3D打印传感器。