根據科創板日報，通常情況下，若要想製作一個充滿液體的3D列印對象，你必須在列印對象之後注入液體。然而近期，德國哈雷-維滕貝格大學（Martin-Luther-University Halle-Wittenberg）的研究人員研發了一種全新的工藝，可以一步完成全部列印需求，未來或可用於製造自癒合材料甚至電池組件。
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Martin-Luther-University Halle-Wittenberg
FDM與DWI的結合
成型與注液協同完成
據悉，該技術利用了一個獨特的系統，包含了兩個3D列印頭——一個通過連續擠壓多層熔融聚合物來構建物體，另一個（噴墨列印頭）則用來儲存微小的液滴。
具體而言，這個過程從擠出機頭列印一個固體聚合物基開始，在該聚合物基上列印一個由交叉的聚合物鏈組成的華夫餅狀網格。接下來，噴墨頭將液滴滴入網格內的每個縫隙中。然後壓出機頭重新開始工作，在網格的頂部列印一個實心蓋，密封裡面的液體。
在一項演示中，科學家們列印了由可生物降解聚合物製成的膠囊，裡面填充了「活性液體物質」。即使在經受列印過程的高溫後，液體仍然保持其活性性質，這表明該系統可以用於製造在體內緩慢釋放藥物的膠囊。
在另一個演示中，一種發光的液體被密封在塑料材料中。當材料隨後被壓到破裂點時，液體會洩漏出來，並以此清楚地表明損壞已經發生。這種材料最終可能被用於飛機或汽車的關鍵部位，以發出這些部位可能承受了過大機械應力的警告。
研究人員還稱，一旦這項3D列印技術得到進一步的發展，它將有望被用於製造自癒合材料甚至電池組件。根據該研究團隊負責人Wolfgang Binder教授，未來在於更複雜的方法，將幾個生產步驟結合起來。這就是為什麼他們在尋找一種在列印過程中將液體直接融入材料的方法。
l內容來源：科創版日報
3D科學谷Review
3D列印技術自誕生以來，已經應用到醫療、軍工、航天、汽車、電子等各個領域。此外，其在鋰離子電池、鋰氧電池、鋅離子電池等儲能體系中也得到了初步應用。
此前，3D科學谷曾介紹過深圳大學增材製造研究對低溫直寫3D列印製造鋰電池電極的製造進行了研究，3D列印LiFePO4正極與Li4Ti5O12負極，未來可應用於助聽器、電子手環等終端。
深圳大學增材製造研究所
高倍率性能
根據3D科學谷的市場觀察，在3D列印電池方面，日前，蘇州大學能源學院教授孫靖宇與中國科學院院士、北京大學教授劉忠範團隊構建出3D列印硫正極，並獲得了具有高倍率性能和高面容量的鋰硫電池。相關技術還可推廣到其他新興的儲能設備，為發展新型、高效、規模化的電極構築方法提供重要借鑑。
根據孫靖宇，面向能量存儲應用領域的3D列印技術目前仍存在許多關鍵瓶頸，比如電極的列印精度對設備配置提出更高的要求、列印墨汁的製備工藝亟待系統探索，以及缺乏規模化印刷裝備等。
團隊設計了包含硫/碳和LaB6電催化劑的混合墨汁，用於列印高性能的硫正極。金屬性LaB6電催化劑可以均勻地分布在3D列印的架構內，自發地確保有豐富的活性位點用於多硫化物的固定和轉化，從而實現高效率的放電或充電過程。
產業化面臨諸多挑戰
不過根據劉忠範，在走向實用化和產業化進程中，鋰硫電極方面還存在諸多關鍵問題需要解決。開發3D列印自支撐結構的硫正極值得關注。
首先是正極碳含量。根據孫靖宇，為了解決硫的絕緣性問題，通常需要添加較多填量的導電碳來平衡，從而造成鋰硫電池體積能量密度低。因此，為了獲得高體積能量密度的鋰硫電池，需要提高硫正極的振實密度及採用少碳甚至無碳硫宿主。
其次是電解液用量。根據孫靖宇，由於硫正極的多孔性導致需要消耗大量電解液，為了獲得高能量密度的鋰硫電池，需要通過優化正極的孔結構，降低電解液的用量。
此外，金屬鋰負極也是關鍵問題之一，即在規模化鋰硫體系中，須採取抑制其枝晶生長策略等，保證鋰負極的安全性。
l AMPOWER與3D科學谷正在合作面向全球歐洲、美洲、亞洲市場發布的2020年全球增材製造研發市場報告，歡迎中國企業積極參於有關3D列印領域設備、軟體、材料的研發市場調查，敬請關注3D科學谷掃碼參與調研。
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