Nature子刊：研究人员创新计算机模拟平台，优化3D打印导电元件材料行为

2025年2月26日，南极熊获悉，马德里卡洛斯三世大学（UC3M）与牛津大学、伦敦帝国理工学院和巴斯克地区 BC 材料研究中心合作，开发了一种创新的计算模型，可以预测和改进使用 3D 打印机制造的多功能结构的行为。

这一突破最近以题为“In-silico platform for themultifunctional design of 3D printed conductive components”的论文发表在《自然通讯》杂志上，为生物医学、软机器人和其他工程分支等领域的新应用打开了大门。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56707-y

这项研究的作者之一、卡洛斯三世连续介质力学和结构理论系的丹尼尔·加西亚-冈萨雷斯 (Daniel García-González) 表示：“目前，导电热塑性塑料非常有前景，因为它们能够在提供结构支撑的同时传输电信号。但制造这些材料的主要挑战是控制其内部结构，因为细丝之间的粘合和小腔的存在会影响它们的机械阻力和传输电信号的能力。”

到目前为止，这些因素被认为是 3D 打印过程中不可避免的缺点。然而，研究人员通过整合先进的计算工具和实验试验，成功控制了这些特性，使他们能够制造出灵敏且能够将机械信号转换为电信号的结构。

△具有不同打印方向的 FFF 样品的多物理特性

△计算机模拟平台在 DIW 打印机 3D 打印可加热墨盒的最佳设计中的应用。

同样来自卡三连续介质力学和结构理论系的 Javier Crespo 说道：“这一发现的关键点在于，它可以推广到其他类型的 3D 打印技术，在这些技术中可以使用更柔软的材料。”

研究人员乐观地认为，得益于这些新计算工具的结合，将有可能设计出为未来增材制造发展奠定基础的材料。

这项新研究得到了大量实验验证的支持，提供了一种可靠的方法来最大限度地减少导电元件不同行为之间的差异，并代表了多功能材料设计方面的重大进步。Javier Crespo 说：“例如，在工程领域，这些结构既可用于制造软机器人，也可用于获取可用于机器学习技术的虚拟数据。”

牛津大学教授、论文共同作者埃米利奥·马丁内斯-帕涅达 (Emilio Martínez-Pañeda) 说： “这项研究开辟了无限的机会，使得智能材料和传感器的开发成为可能，这些材料和传感器可能在航空航天工业或基础设施监控方面发挥巨大作用。”

Daniel García-González 说道：“不仅如此，利用这些新材料，我们还可以制作贴片或敷料，提醒我们膝盖弯曲的次数，这样，一旦发生受伤，我们就能在某些关键点收到警报，避免对肌肉造成损伤。”