創新3D列印技術！將可分解材料變身導電元件

從智慧型手機觸控螢幕到無線耳機，電子產品正變得越來越輕薄柔軟，與我們的日常生活緊密結合。然而隨著電子裝置需求激增，如何以更環保的方式生產這些產品，成為亟待解決的課題。

新加坡科技設計大學(SUTD)橋本道直副教授率領的研究團隊，最新開發出一種革命性的3D列印技術，能將生物可分解材料轉化為導電結構，為電子元件製造注入永續發展的新可能。

「現代3D列印技術不再只是塑膠成型，」橋本副教授強調，「我們更關注如何賦予材料功能性，例如導電特性，直接使用環保材料製造裝置。」

這項發表在《ACS應用工程材料》期刊的研究，特別聚焦於醋酸纖維素——一種從植物提取、可生物分解的環保塑膠。傳統3D列印技術如熔融沉積成型(FDM)需要高溫處理，但醋酸纖維素在高溫下容易劣化；而薄膜鑄造等工法則難以達到數位製造所需的精準度。

研究團隊突破性地採用直接墨水書寫(DIW)技術，在常溫下擠出聚合物墨水。他們特製的墨水混合了丙酮溶解的醋酸纖維素與石墨微粒，但初期面臨墨水在空氣中擴散過快的問題。

關鍵突破在於研究人員引入水介質環境。將墨水直接擠入水中後，透過「浸漬沉澱」作用，水能快速抽離墨水中的丙酮，使材料立即固化定型。這項技術不僅防止材料擴散，更能精確塑造3D結構。

「這是首次將浸漬沉澱與3D列印結合來實現導電聚合物複合材料，」橋本副教授解釋，「我們可以新增更高比例的填料，同時避免噴嘴堵塞或結構坍塌。」

與一般列印技術只能處理30-50%填料不同，新方法可承受高達60%的石墨含量，並保持良好列印品質。製成的複合材料導電率超過30 S/m，完全能滿足柔性電路和軟性感測器等應用需求。

研究團隊更實際展示了這項技術的應用潛力，包括完成導電迴路點亮LED燈，以及在凝膠支撐介質中成功列印出懸垂螺旋結構，無需傳統支撐或後處理工序。

論文第一作者奇丹巴拉姆博士表示：「僅使用凝膠槽就能列印懸垂結構，這大大拓展了我們的技術可能性，比傳統需要移除支撐結構的方法更優雅高效。」

環保永續是本研究的核心價值。醋酸纖維素和石墨都具有生物可分解特性，使用的丙酮溶劑毒性低且易於在環境中分解。這為電子製造業開闢了一條兼具環保與實用的新路徑。

研究團隊未來計劃將此技術應用於更多聚合物-填料組合，並測試材料在實際環境中的長期表現，最終目標是建立一個可擴充套件、低成本的永續高效能裝置生產平臺。

橋本副教授補充道：「透過調控材料特性和最佳化製程，我們希望建立完整的可列印功能性複合材料庫，無論是可穿戴裝置、生物感測器還是柔性電路，都能找到專屬解決方案。」

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