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导读：近年来，在可穿戴电子设备、智能皮肤、医学检测等领域内，柔性和可拉伸电子器件受到越来越多的关注。然而，由于电子元件制造方法的限制，大多数柔性电子元件只能通过平面架构的形式进行制造。而将3D打印技术用于柔性电子元件的制造，则能够实现对细微复杂结构的精确制造，甚至在涡轮发动机等尖端设备领域也展现出巨大的应用潜力。
Sierra Turbines 是一家来自加州小型国防承包商，主要从事设计创新、紧凑、高效的涡轮机，并应用到大型商用和军用喷气式飞机上。近日，南极熊获悉，该公司通过使用NextFlex的柔性混合电子电路（FHE）3D打印技术开发了一种拥有多项设计和创新的涡轮发动机，例如专有的电子控制系统、发动机健康监测以及压缩和燃烧中的精确热力学流动，这些功能件的装配使涡轮发动机在可靠性方面表现出色。
Sierra Turbines 最初的市场重点是无人驾驶飞行器 (UAV) 和地面混合电力系统领域。考虑到柔性混合电子（FHE）结构的固有性质，以及在结构和系统性能监测方面的应用，柔性混合电子技术在微型涡轮机应用显示上展示出的巨大潜力和优势。
Nextflex推进FHE技术
Sierra Turbines 的新型涡轮发动机上所应用到的新型技术来自于NextFlex，它是美国的一家柔性混合电子 (FHE) 制造研究所。该机构于2015 年 8 月由DoD 和 FlexTech 联盟联合成立的，组织成员包括公司、学术机构、非营利组织和国家机构，其共同目标是推动美国的 FHE 制造。Nextflex 的研究重点是为医疗、机器人和通信市场设计一种新型轻质、低成本、可拉伸的 FHE 设备。通过在新材料中添加电子产品并创造符合要求的产品，该组织旨在实现“万物皆有电子化”的状态，即旨在将 FHE 应用到日常生活的各个方面。
NextFlex拥有先进的技术中心，能够利用先进的制造工艺和工具制造完全集成的 FHE 设备和系统。一直以来，该技术中心凭借着FHE技术上的优势，在降低产品成本、缩短产品开发周期和开发环保制造能力方面做出努力，并为国防部和商业电子制造商提供支持。
△美国财团Nextflex公司目前已在柔性混合电子（FHE）方面投资超过1亿美元。照片来自Nextflex公司。
涡轮发动机上的FHE技术应用
在最新的研究中，Sierra Turbines在涡轮发动机上使用到了美国宇航局兰利研究中心的 SansEC 传感系统。SansEC 是一种无需电气连接的开路谐振传感器（因此得名 SansEC 或“无电气连接”）。传感器结构由印刷在柔性基板上的导电阿基米德螺旋状形状阵列组成。NextFlex 通过将银导电迹线直接写入柔性基板上来制造这些样品。鉴于 SierraTurbines 的设备要求和技术中心功能，NextFlex 开发了 SansEC 传感器的模式、工艺和材料以及制造的原型概念验证样品。反过来，SierraTurbines 针对目的和应用进行了评估。NextFlex 进一步开发了另一种模式，针对特定的 Sierra Turbine 应用进行了调整。
△塞拉涡轮机；由银色螺旋迹线组成的 SansEC 传感器使用 nScrypt 打印机在 NextFlex 的 3D 打印Sierra Turbines 部件上保形打印。
FHE 制造的 SansEC 设备的成功演示展示了使用先进的增材制造工艺制造电子结构的能力。特殊的电子结构 SansEC 可以同时测量不同的物理现象——例如温度、液位、转速或磨损——并且即使在严重损坏时也能正常工作。以前的 SansEC 传感器变体是使用传统的减材制造方法制造的，因此不具有 FHE 设备固有的减少的 SWaP（尺寸、重量和功率）属性。通过证明 FHE 工具和流程可以应用于这种特殊的电子结构，Sierra Turbines 现在定位在 FHE 生态系统和供应链中。
FHE技术的创新和商业化
除了培养未来的劳动力和促进可持续的先进制造业生态系统外，NextFlex还专注于通过竞争前的伙伴关系加速柔性电子技术的创新和商业化。该机构通过一系列的项目征集，为对柔性混合电子（FHE）制造攻坚项目的提案小组提供现金奖励，NextFlex承担了所选项目高达50%的开发成本。项目征集程序遵循结构化的选择过程和严格的监督方法，以确保所资助项目选择的多样性和广泛性。
项目征集的主题是在NextFlex技术委员会的指导下产生的，与负责开发柔性混合电子技术路线图的技术工作组协同工作。然后，项目提案由理事会审查，由NextFlex理事会批准。
NextFlex及其成员目前专注于可塑、可拉伸和柔性电领域的制造方法研究，重点是结合硅和柔性/可拉伸/可塑系统的应用，以及属于设计部分的增材制造技术开发。
△Nextflex开发的FHE设备以帮助受伤的士兵。照片来自 Nextflex。
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