玩轉新材料!這家中關村企業用液態金屬列印「未來」

你聽說過液態金屬嗎？

這種金屬不僅可以在室溫下像水一樣流動、行走，甚至還可以「吃掉」別的金屬，就像有「生命」一樣。

更有意思的是，如果把這種液態金屬放進印表機中作為「墨水」來使用，還能夠列印出複雜、高精度的功能電路，可以直接用在各種電子設備中。

這種神奇的黑科技絕不是小編的憑空想像，而是來源於一家前沿科技企業北京夢之墨科技有限公司（以下簡稱「夢之墨」）。夢之墨不僅「玩轉」了液態金屬這種前沿新材料，還基於液態金屬的特殊屬性自主研發了世界首臺液態金屬印表機，為將液態材料應用到柔性電子印刷和電子製造產業領域提供了有力的技術支撐。

關於夢之墨

北京夢之墨科技有限公司是依託中國科學院理化技術研究所、清華大學等技術力量建立的前沿科技型企業，公司圍繞液態金屬電子增材製造技術開展研究及產業化應用，建立了桌面級電子電路快速製作系統、工業級柔性電子印刷服務平臺等產品體系，可應用於移動通信、消費電子、創新教育等領域。公司成立至今，獲得「國家高新技術企業」、「中關村高新技術企業」，併入選首批「中關村前沿技術企業」。

有「特異功能」的液態金屬

人類自誕生起，就開始發現並使用材料。從某種意義上說，人類對材料的認識和利用能力，決定著社會形態和人類的生活質量。

歷史學家常把材料作為劃分時代的標誌：石器時代、青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代、高分子時代，直到複合材料時代。新材料技術的不斷發展，為科學技術的進步提供了堅實的基礎，從某種意義上說，一種材料意味著一個時代。

今天我們就來揭秘一種神奇的新材料——液態金屬。

說到液態金屬，大家還記不記得在電影《終結者Ⅱ》中的全液態金屬機器人？

如果說現實中有一種材料能夠達到電影中的這種效果，那麼非液態金屬莫屬。

不同於常見的固態狀的金屬材料，所謂液態金屬指的是一大類物理化學行為十分獨特的新興功能材料（典型代表如鎵基合金、鉍基合金等），熔點低，常溫下呈液態，具有沸點高、導電性強、熱導率高等不同於常見固體金屬的特性。

液態金屬隨導電棒流動

嚴格意義上來說，所有金屬在足夠高溫的狀況下都會變成液態，例如最常見的鐵，熔點在1500℃，超過1500℃後就會形成鐵水，但是能夠在室溫下呈現流體態是液態金屬的獨有特性。

此外，液態金屬還具備一定的生物相容性、環保無毒、易變形、可塑性強、無需高溫冶煉等特點，相關應用被稱為人類利用金屬的第二次革命。

正是因為液態金屬同時兼具金屬和流體的雙重特性，這就為夢之墨將液態金屬作為一種新材料應用於柔性印刷電子技術提供了材料保障。

夢之墨對液態金屬的研發應用，脫胎於中科院理化所研究員、清華大學教授劉靜團隊的研究成果。用劉靜的話來說，研究液態金屬是一次「跨界的巧合」。

早在2001年，在清華大學生物醫學工程系工作的劉靜，偶然間把液態金屬灑到計算機上，怎麼都擦不乾淨，還留下許多印記。他突然靈機一動：液態金屬導電性好，又兼具流體的柔性，能不能用來列印電路？

此後十幾年，劉靜帶領團隊深耕液態金屬領域，隨後獲得40餘項全新基礎科學發現，發表了100多篇論文，在液態金屬列印技術和柔性電子印刷技術等方面取得了一系列底層技術突破。

夢之墨用液態金屬材料列印的功能電路

得益於這些一手科研成果，夢之墨於2014年成立，專攻液態金屬快速印刷的落地應用與產業化。

可列印、可拉伸的柔軟電路板

在了解液態金屬這種新材料的特殊屬性之後，我們不禁好奇夢之墨是如何用液態金屬進行列印的呢？

我們可以看到，圖片中的這臺印表機和我們常見的桌面印表機沒什麼區別。不過，這可不是普通的印表機，而是夢之墨自主研發的全球首款桌面級液態金屬電子電路印表機（DP-I電子電路印表機）。

夢之墨聯合創始人兼副總經理于洋介紹說，液態金屬印表機和普通印表機的原理是一樣的，只不過把墨水換為液態金屬，通過特製的印表機進行列印。

在產品研發過程中，由於液態金屬不論是密度、粘度還是扁平張力與常規的水性或油性的墨水材料都有極大的差異，為此，夢之墨進行了雙向改良：一方面通過對材料進一步改性，根據不同成分和配比，研發了具有不同特性的系列液態金屬材料；另一方面，自主開發了一套全新的基於液態金屬或合金電子墨盒的電路直接列印技術，從整機到墨盒以滿足液態金屬新材料的列印需求。

這樣，夢之墨液態金屬印表機就可以實現功能電路列印，而且得益於液態金屬的各種屬性，列印出來的電路不僅能夠正常使用，還可以滿足柔性電子器件可拉伸、可摺疊的需求，這是普通電路板替代不了的。

列印出的柔性電路板

「夢之墨用列印的方式製作的柔性電路板不僅成本低、可回收，而且大大提高了生產效率，列印一塊150mm*100mm電路僅需5-10分鐘，一鍵操作沒有任何難度。」于洋說。

印刷電路板在人們日常生活中扮演著十分重要的角色，手機、電腦、電視等幾乎所有的電子產品都離不開電子電路。

不同於傳統鋼性電路板，柔性電路板可以隨意彎曲、摺疊乃至拉伸，在5G通信、物聯網、汽車電子、智能包裝、生物醫療等諸多行業都有廣泛用途。

隨著電子產品的微型化、曲面化、柔性化，傳統基於銅箔腐蝕的柔性印製電路也面臨很多技術挑戰與瓶頸。夢之墨團隊自主研發的電子電路快速印刷技術以增材製造的方式大幅減省了傳統基於光刻和化學腐蝕的電路製程，還可以直接印製在各類非常規基材或3D結構材料的表面，為柔性摺疊屏、穿戴設備等的性能和體驗帶來全面提升。

液態金屬列印的無限可能性

除了技術層面，夢之墨在速度方面也有突破，讓電路圖秒變現實。

1張A4紙大小、精密度很高的液態金屬電路，最多10秒就能印刷出來，就是夢之墨液態金屬電子電路快速印刷技術。這也太迅速了吧！

基於液態金屬電子增材製造技術，夢之墨聯合技術團隊很早就提出了液態金屬電子電路快速印刷技術原理，並設計開發出液態金屬高速電路印刷系統。

夢之墨秒級液態金屬印刷機

那麼，秒級列印是如何實現的呢？

Step 1

通過對列印基材進行特殊處理，能夠精準繪製出液態金屬電子線路。

Step 2

全面改進列印方式，將桌面DP-I電子電路印表機所採用的逐步成型點掃描式，提升為面掃描的方式，列印速度提升了幾個量級。

最重要的是，列印速度的提升並不會因為電路圖的複雜程度而受到影響。

目前，夢之墨液態金屬秒級電路印刷技術的印製速度可達每秒60米，線路精度達到40微米，比頭髮絲還細，製作效率提升近千倍。同時，可適用於如塑料、布料、紙張、玻璃、陶瓷、不鏽鋼等多種基材表面的電路印刷，因而能輕鬆製作從傳統的剛性到新興的柔性電路板，甚至於不再受限於「板」的形態，身邊形形色色的物體都有可能被快速賦予電路功能。

對於任何一項科技創新技術的誕生，如何能夠融入到實際應用中一直是大家關注的焦點。最初，夢之墨是想在教育教學領域有所突破，側重電子類競賽、高校工程訓練、傳統課程改革等方面的應用。

2017年，清華大學基礎工業訓練中心引入夢之墨液態金屬創新電子製造系統，使得學生們都有機會在課堂上完成電路板的製作，實現理論教學與動手實踐的無縫銜接。其後，清華大學與夢之墨公司共同編寫了《電子產品設計與製造實踐課程》教案，包含從基礎知識到實驗指導等內容，可廣泛應用於基礎教學、工程訓練、創新教育、文創設計等領域。

目前，清華大學、北京航空航天大學、北京工業大學、東南大學、重慶大學等高校都陸續採購了夢之墨的相關設備。

隨著技術不斷成熟，夢之墨也開始探索液態金屬列印在不同應用場景下的創新應用。例如，液態金屬材料在紙基、牆面、布基、皮膚等各類材料表面的電路製作，創作出一系列液態金屬手繪電子套件、液態金屬工藝品、液態金屬電子互動牆、液態金屬舞臺服飾等作品，實現了液態金屬在諸多領域的創新應用。

· 液態金屬印刷創新應用 ·

「夢之墨的電子增材製造技術兼容性非常強，可應用於不同的場景中。例如可以將電路印製在紙張、陶瓷、玻璃、塑料、纖維等各類物體上，這對於電子製造行業來說是顛覆性的創新。」夢之墨CEO陳柏煒說。

目前，夢之墨已經在積極開拓B、C端的市場，將液態金屬列印技術在教育培訓、文化創意、智能家居、移動通信、汽車電子、穿戴電子等多個領域落地應用，不斷探索新材料的創新應用領域，拓寬液態金屬列印的巨大市場空間。