一组研究团队开发出创新模型，可以预测并改善3D打印材料性能

2025年2月26日，南极熊获悉，西班牙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。这个模型能够预测这些结构在打印后将如何表现，例如它们的机械强度、电气性能等，并且还能指导改进这些结构的设计，以便更好地满足特定的应用需求。这一研究成果已发表在《自然通讯》杂志上，为生物医学、软机器人以及其它工程分支等领域的新应用开辟了可能性。

相关研究题目为“用于3D打印导电元件多功能设计的计算机模拟平台”（传送门）

本文的主要作者之一Daniel García-González解释道：“导电热塑性塑料目前非常有前景，因为它们在提供结构支撑的同时，还能传输电信号。然而，制造这些材料的主要挑战在于控制导电热塑性塑料内部结构。因为细丝之间的粘合和小腔的存在会影响它们的机械强度和电信号传输能力。”

迄今为止，这些因素被视为3D打印过程中的不可避免的缺陷。但是，研究人员通过整合先进的计算工具与实验测试，成功地控制了这些特性。这使得他们能够制造出既灵敏又能够将机械信号转换为电信号的结构。

用于评估3D打印导电聚合物多物理行为的实验测试平台

推动智能多功能材料的开发与应用

卡洛斯三世大学研究人员Javier Crespo指出：“这一发现的关键在于，它可以推广到其它类型的3D打印技术，其中可以使用更柔软的材料。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。”

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一个重大进步。研究人员乐观地认为，借助这些新计算工具的结合，将有可能设计出为未来增材制造奠定基础的材料。

△这项工作提供了一个多尺度计算框架来评估3D打印导电聚合物的热电机械行为

牛津大学教授、这项研究的共同作者Emilio Martínez-Pañeda表示：“这项研究开辟了无限的可能性，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补充道：“此外，利用这些新材料，我们还可以制作贴片或敷料，监测膝盖弯曲次数。这样，一旦发生受伤，我们就能在关键点收到警报，从而避免肌肉损伤。”

总的来说，研究团队开发的这种计算方法，能够从多个尺度（如分子、微观结构、宏观结构等）综合评估和分析通过3D打印技术制造的导电聚合物材料的热、电和机械性能，同时也为生物医学、软机器人以及其他工程领域带来了新的应用前景。