3D列印材料革命性突破：全新系統最佳化電氣、熱能與機械效能

馬德里卡洛斯三世大學（UC3M）與牛津大學、倫敦帝國理工學院以及巴斯克地區的BC Materials研究中心合作，開發出一套創新的計算模型，能夠預測並改善使用3D列印技術製造的多功能結構的效能。這項突破性研究已發表於《自然通訊》期刊，為生物醫學、軟體機器人及其他工程領域開啟了全新的應用可能性。

「目前，導電熱塑性材料因其在傳輸電氣訊號的同時提供結構支撐的能力而備受矚目，」該研究的作者之一、來自UC3M連續介質力學與結構理論系的Daniel García-González解釋道。「然而，製造這些材料的主要挑戰在於控制其內部結構，因為細絲之間的黏合以及微小氣孔的存在，都會影響其機械強度與電氣訊號傳輸能力。」

過去，這些因素被視為3D列印過程中不可避免的缺陷。然而，研究人員透過整合先進的計算工具與實驗測試，成功控制了這些特性，從而製造出能夠感應並將機械訊號轉換為電氣訊號的結構。

「這項發現的關鍵在於，它可以推廣到其他型別的3D列印技術中，尤其是在使用更柔軟材料的領域，」同樣來自UC3M連續介質力學與結構理論系的Javier Crespo補充道。他樂觀地認為，結合這些新的計算工具，未來將能設計出為增材製造奠定基礎的材料。

這項新研究經過廣泛的實驗驗證，提供了一種可靠的方法來最小化導電元件不同行為之間的差異，並在多功能材料的設計上邁出了重要一步。「例如，在工程領域，這些結構既可用於製造軟體機器人，也可用於獲取虛擬資料，以服務於機器學習技術，」Javier Crespo指出。

牛津大學教授、該研究的共同作者Emilio Martínez-Pañeda強調：「這項研究開啟了無限的機會，使我們能夠開發出智慧材料與感測器，這些技術在航空航天工業或基礎設施監控中將大有用途。」

「不僅如此，」Daniel García-González補充道，「利用這些新材料，我們還可以創造出能夠警告我們膝蓋彎曲次數的貼片或敷料，這樣在我們受傷時，如果超過某些可能對肌肉造成損害的臨界點，我們就能及時獲得警示。」