近场微波3D打印让电子产品制造一次成型

美国莱斯大学和新加坡国立大学科学家共同开发出一种近场微波3D打印新工艺，突破了困扰电子产品制造领域十余年的困局：如何在加热打印油墨时不伤及下方已铺好的材料，从而让不同性能的材料在电子产品制造中一次成型。相关论文发表于新一期《科学进展》杂志。

研究团队使用一种受超材料启发的近场电磁结构（Meta-NFS），将微波能量压缩进一个仅有发丝粗细的封闭加热区，使其在3D打印过程中只对电子墨水定点加热，周围材料则安然无恙，大大降低了损伤风险。

团队表示，这种选择性加热的能力，让他们得以在温度敏感材料的“包围圈”中，对油墨的功能属性进行空间编程。这意味着，无需繁复设施与密集手工，Meta-NFS与3D打印技术结合，就能将各种形态的电子线路植入生物聚合物乃至活体组织等各种基材之中。

测试结果显示，即便在单次打印中，新系统也能对电子元件的功能特性连续进行空间编程。例如，只需微调微波参数，就能精准把握加热温度，从而控制打印颗粒的微观结构。如此一来，单次打印就能创建机械和电子性能存在数量级差异的多功能电路，且全程无需更换材料。

该近场微波打印技术能现场处理并编程从金属、陶瓷到热固性聚合物的各类材料。即便目标材料被层层包裹，微波的选择性穿透力依然能深入内部精准加热。

作为概念验证，团队将无线应变传感器直接打印在常用于人工关节的超高分子量聚乙烯上，造出能监测应力与磨损的“电子增强”植入物。他们还将无线传感器直接印在了牛股骨与鲜活的叶片表面，为理解和控制生物过程开辟了全新可能。