大连理工大学开发张力驱动的流体拉伸技术，打印柔性电路制造的独立3D导线

2025年6月29日，南极熊获悉，大连理工大学的一个研究团队公布了一种张力驱动的流体拉伸技术，用于打印独立的3D导电结构。这项技术使用高粘度银纳米颗粒墨水，单针装置将墨水拉伸成悬空的细丝，同时溶剂蒸发使导线实时固化。这种方法绕过了喷嘴直径限制的挤压限制，并实现了低于10微米的分辨率。研究团队在从发光二极管(LED)网格到热成像设备的柔性电子原型中展示了这种方法。

这种拉伸打印方法已成功应用于柔性电路，包括发光二极管（LED）阵列、热成像显示器和多谐振荡器电路。这项工作通过流体拉伸打印为柔性电子制造建立了一种新范式，实现了制造 3D 互连的前所未有的定制化和兼容性。

△流体拉伸打印技术与传统挤压打印技术。a 流体拉伸打印技术方法示意图。b拉伸打印阶段。c 挤压打印技术示意图。d挤压打印阶段。e挤压打印局部放大图。f挤压打印油墨受力分析。g拉伸打印局部放大图。h液桥受力分析

相关研究以题为“Fluid drawing printing 3Dconductive structures for flexible circuit manufacturing”的论文已发表在《微系统与纳米工程》杂志上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41378-025-00936-0

柔性电子技术是可穿戴设备、可折叠显示屏和软体机器人等新兴技术的核心。然而，传统的印刷电路依赖于平面设计和分层制造，无法满足日益增长的复杂性、紧凑性和机械柔性需求。现有的3D打印方法通常会牺牲分辨率或速度，并受到墨水粘度和喷嘴几何形状的限制。此外，在弯曲过程中保持导电性和结构完整性仍然是一个持续的挑战。由于这些问题，需要新的策略来直接可靠地制造兼具小型化和机械弹性的独立导电结构。

△a) 制备好的 LED 阵列的光学图像。b) LED 阵列的放大图。c) LED 阵列在弯曲状态下工作的图片。插图为纵向 LED 阵列的工作图。d) 柔性热成像显示设备示意图。e) 制备好的柔性热成像显示设备的照片。插图为独立式 3D 互连的放大图。f) 柔性热成像显示器处于弯曲状态。插图为单个倒三角形的热像。g) 多谐振荡器电路示意图。h) 制备好的多谐振荡器电路的图像。插图为独立式 3D 互连的一部分的放大图。i) 多谐振荡器电路的测试图像。插图为平面状态下多谐振荡器电路的示意图。来源：自然。

大连理工大学的这项技术不是将墨水推入喷嘴，而是像拉线一样将其拉出，利用气压、墨水粘度和热蒸发的相互作用。银纳米颗粒墨水经过精心配制，加热后变稠，在针头和基底之间形成稳定的“液体桥”。当针头抬起时，墨水会拉伸成细丝并立即凝固，从而使线宽细至 4 μm——比喷嘴本身还要细。调节速度和气压可以调节电线的粗细和长度。打印后热处理可提高导电性，将电阻率降低到接近本体银的水平（2.5 × 10⁻⁷ Ω·m）。印刷电线经过 200 次弯曲循环后仍保持完好并导电。电路演示包括具有垂直和水平寻址能力的 LED 阵列、云母片上的热成像单元和自振荡多谐振荡器电路——所有这些都是用单层打印制成的。这些独立连接取代了多层板，简化了架构和组装，同时保持了出色的电气和机械性能。

研究论文的共同通讯作者王大志博士说道：“这项研究挑战了柔性电路制造的现状。通过拉动墨水而非挤压墨水，我们获得了前所未有的对结构、速度和尺寸的控制——所有这些都仅需一根针即可实现。这不仅仅是一种打印方法，更是对我们构建三维电路方式的重新思考。这对于可穿戴技术和软体机器人技术的影响是深远的。”

流体拉伸法为下一代电路设计提供了强大的工具，尤其是在柔性和可穿戴电子产品领域。这种高精度和机械耐久性适用于传统打印技术无法胜任的应用，例如柔性医疗传感器、可拉伸光显示器和紧凑型物联网设备。由于它无需多层布线和通孔钻孔，因此可以缩短生产时间和降低成本，同时提升定制化程度。展望未来，这种方法可能会通过启发油墨创新和热设计策略来影响更广泛的增材制造领域，从而支持更多材料和基材。