«Мы использовали 3D-принтер, оснащенный самодельной коаксиальной насадкой, чтобы напрямую печатать волокна на текстиле, и продемонстрировали, что его можно использовать для целей управления энергопотреблением», – говорит старший автор книги Иньин Чжан, профессор кафедры химии Университета Цинхуа. «Мы предложили подход коаксиального сопла, потому что одноосные сопла позволяют печатать только одной краской за один раз, что значительно ограничивает композиционное разнообразие и функциональное проектирование печатных архитектур."
Чжан и ее коллеги создали свой первый 3D-печатный электронный текстиль с использованием двух чернил – решения из углеродных нанотрубок для создания проводящей сердцевины волокон и шелка тутового шелкопряда для изолирующей оболочки (хотя другие лаборатории могут выбирать материалы, которые регулируются по гибкости, биосовместимости, и водонепроницаемость). Инъекционные шприцы, заполненные чернилами, подключались к коаксиальному соплу, которое закреплялось на 3D-принтере. Они использовались для рисования шаблонов, разработанных заказчиком, таких как китайские иероглифы, означающие ПЕЧАТЬ, английское слово SILK и изображение голубя.
Этот подход отличается от других групп, которые вручную вшивают в ткань электрические компоненты, такие как светодиодные волокна, но эти многоступенчатые процессы трудоемки и требуют много времени. Преимущество использования 3D-принтера в том, что он может за один шаг встраивать в ткани разнообразные функции. Этот подход также дешев и легко масштабируется, поскольку сопло совместимо с существующими 3D-принтерами, а детали можно менять местами.
Однако недостатком является то, что разрешение того, что можно печатать, ограничено точностью механического движения 3D-принтера и размером сопел.
«Мы надеемся, что эта работа вдохновит других на создание других типов сопел для 3D-принтеров, которые могут создавать конструкции с богатым композиционным и структурным разнообразием, и даже на интеграцию нескольких коаксиальных сопел, которые могут производить многофункциональные электронные ткани за один этап», – говорит Чжан. «Наша долгосрочная цель – разработать гибкие, пригодные для носки гибридные материалы и электронику с беспрецедентными свойствами и в то же время разработать новые методы для практического производства интеллектуальных носимых систем со встроенными функциями, такими как обнаружение, приведение в действие, связь и скоро."