新型3D打印方法是发现和制造新材料的游戏规则改变者

历史悠久的爱迪生式试错法发现过程缓慢且耗费大量人力。这阻碍了清洁能源和环境可持续性以及电子和生物医学设备迫切需要的新技术的发展。

“发现一种新材料通常需要10 到 20 年的时间，” 圣母大学航空航天与机械工程副教授Yanliang Zhang说。

“我认为，如果我们能将这段时间缩短到不到一年——甚至几个月——这将改变新材料发现和制造的游戏规则。”

现在 Zhang 做到了这一点，创造了一种新颖的 3D 打印方法，以传统制造无法比拟的方式生产材料。新工艺在单个打印喷嘴中混合多种雾化纳米材料墨水，在打印过程中动态改变墨水混合比例。这种称为高通量组合打印 (HTCP) 的方法控制打印材料的 3D 结构和局部成分，并以微尺度空间分辨率生产具有梯度成分和特性的材料。

他的研究刚刚发表在 《自然》杂志上。

基于气溶胶的 HTCP 用途极为广泛，适用于范围广泛的金属、半导体和电介质，以及聚合物和生物材料。它生成组合材料，充当“库”，每个包含数千种独特的成分。

张说，将组合材料印刷和高通量表征相结合可以显着加快材料发现。他的团队已经使用这种方法来识别具有卓越热电性能的半导体材料，这是能量收集和冷却应用的一个有前途的发现。

除了加速发现之外，HTCP 还生产功能分级材料，这些材料会逐渐从硬质过渡到软质。这使得它们在需要在柔软的身体组织与坚硬的可穿戴和可植入设备之间架起桥梁的生物医学应用中特别有用。

在下一阶段的研究中，张和 先进制造与能源实验室 的学生计划将机器学习和人工智能指导策略应用于 HTCP 数据丰富的特性，以加速广泛的发现和开发材料。

“未来，我希望为材料发现和设备制造开发一个自主和自动驾驶的过程，这样实验室的学生就可以自由地专注于高层次的思考，”张说。