。如前面的示例，助聽器600可以使用拾取和放置操縱以及 3D打印的組合來制備。
[0072] 為了生產(chǎn)助聽器600,結構絲可以從管嘴擠出并在襯底上以預定圖案沉積以形成 3D結構602的一個或多個部分。在該示例中，3D結構602是助聽器的聚合物體或外殼，其具 有取決于預期患者的耳道的大?。ㄔ谥苽渲耙阎┑念A定體積。具有定制為預定體積的 尺寸的電池604a可以在3D結構602的暴露表面602a上形成。由于定制，具有較大預定體 積的3D結構可以包含具有相應較大尺寸的電池，而具有較小預定體積的3D結構可以包含 具有相應較小尺寸的電池。PCB或其它電子產(chǎn)品604b可以放置或3D打印在3D結構602的 另一暴露表面602b上，并且一個或多個導電絲可以從管嘴擠出以形成到達或來自PCB(或 其它電子產(chǎn)品）604b和電池604a的互連。結構絲被從管嘴擠出并且逐層沉積在3D結構的 一個或多個部分上以形成部分地或全部地覆蓋電池、PCB或其它電子設備和一個或多個導 電絲的一個或多個附加部分。因此，形成了助聽器600的聚合物體或外殼602。
[0073] 將電池的尺寸定制為助聽器體或外殼的預定體積的一個優(yōu)勢是，可以避免以前由 聚合物填充材料占有的浪費的內(nèi)部空間，如參考圖6A可以看到的。相反，這個空間可以由 更大、更高容量的電池來占有，電池由3D打印定制制備為適當填充體積。參考圖6A，在一個 示例中，在傳統(tǒng)助聽器中使用的、具有約252mWh的容量的標準312大小紐扣電池可以被具 有約2. 7Wh容量的更大的定制制備的電池代替。通過最大化電池的大小，具有更大耳道的 患者可以受益于更長持續(xù)的電池，而具有較小耳道的患者可以從展示出最大瓦特-小時可 能的電池中受益。3D打印的電池可以只占有預定體積的至少約20%、至少約30%、至少約 40%、至少約50%、至少約60%、至少約70%或至少約80%。典型地，由于在助聽器體內(nèi)存 在附加電子設備和互連，所以電池占有預定體積不會多于約90 %。
[0074] 為了形成電池，包含第一電化學活性材料的陰極絲可以從管嘴擠出并且在暴露表 面上以預定圖案沉積以形成陰極結構，并且包含第二電化學活性材料的陽極絲可以從管嘴 擠出并在暴露表面上以預定圖案沉積以形成陽極結構。陰極和陽極絲的預定圖案可以基于 助聽器體的預定體積（3D大小和形狀兩者）來選擇。因此，陰極和陽極結構可以具有任何 所需大小和形狀。在一個示例中，陰極結構可以具有包括一個或多個陰極指的指狀結構，并 且陽極結構可以具有包括一個或多個陽極指的指狀結構；陰極結構和陽極結構還可以具有 叉指關系，其中陰極指與陽極指交替定位，如圖5B中示意性示出的。
[0075] 第一電化學活性材料可以包括單或多組分氧化物，諸如（其中Μ=金屬，諸如Co、 Ni、Fe、Μη、Ti、V等）〖LiJVIn! yMy02、Li! xMn2 yMy04、Li!xCo!yMy02、Li!χΝ?!y zCoyMz04、Li!χΜΡ04、 Li! xMSi04、LhxMB03、LixMni具02和/或V 205,其中x、y和z具有從0至1的值，并且第二 電化學活性材料可以從包括以下物質(zhì)的組中選出（其中Μ=金屬，諸如Co、Ni、Fe、Mn、Ti、 V等）：Li4Ti502(LT0)、Ti02、Sn02、Sn、Si、C、LiMyN2和 / 或Μ在低氧化態(tài)的M y0x(例如，MnO、 C〇0、Fe203、Fe304、CuO、NiO、ZnO)，其中x和y是整數(shù)。
[0076] 可以在陰極結構和陽極結構之間設置隔板，并且它們可以與電解質(zhì)接觸用于操 作。隔板和/或電解質(zhì)可由3D打印形成（例如，從管嘴擠出合適的材料用于原位制備）。 可替代地，隔板和/或電解質(zhì)可以由另外的方法形成或沉積。電解質(zhì)可以包括液體、聚合物 或凝膠材料，并且隔板典型地包括微孔聚合物。
[0077] 在打印后，可能是助聽器、手機殼體或任何寬范圍的可能的結構的3D結構可選地 可以被加熱到足以引起結構和/或?qū)щ姴牧蠠Y的溫度。所選用于燒結的溫度可以是至少 在從約80°C到約150°C的范圍中，但是具體值取決于要被燒結的材料。由于前體油墨可以 包括在組成成分和流變方面優(yōu)化用于3D打印的顆粒懸浮，所以沉積的絲可具有顆粒結構。 沉積的絲的結構完整性和相對密度以及3D結構的鄰近層之間的接合可以通過燒結（或熱 退火）來增強。
[0078] 由前體油墨制劑形成的絲可以具有大致圓柱形或其它細長形狀，作為處理期間從 管嘴擠出的結果。因此，一個或多個絲可以具有與用于打印的管嘴的內(nèi)徑（ID)或內(nèi)寬（IW) 相同或相似的平均直徑或?qū)挾?。例如，絲的平均直徑（寬度）可以在管嘴ID(IW)的±20% 內(nèi)或在管嘴ID(IW)的約±10%內(nèi)。管嘴ID(IW)大小可以從約1微米到約10mm變化。典 型地，管嘴ID(IW)大小從約10微米到約300微米（例如，約100微米）。如上所述，由于打 印的絲可能在被沉積到襯底上的一個或多個層后經(jīng)歷安置過程或在一些情況中經(jīng)歷燒結 過程，圓柱形絲的橫截面形狀可能包括從完美圓的一些扭曲，但仍然保持彎曲的形狀。
[0079] 因此，打印的3D結構的高度可以大致與構成各層的一個或多個絲的直徑（或?qū)挾?W)乘以層的總數(shù)量相對應。例如，包括嵌入式電子設備的示例性3D結構的高度可以從約 10微米到數(shù)百毫米。
[0080] 用于擠壓和沉積的3D打印機可以包括單個打印頭或多個打印頭（例如，從兩個到 八個打印頭），其中每個打印頭是模塊化的并由計算機獨立地控制。模塊化、計算機控制的 打印頭可以鄰近彼此可拆卸地安裝并同時操作用于聯(lián)合打印不同材料。短語"可拆卸地安 裝"意味著每個模塊化打印頭可以被安裝用于打印并在打印后拆卸，如果需要的話，允許更 換打印頭，如下面進一步描述。每個打印頭包括用于擠出結構和/或功能絲的至少一個管 嘴（或多管嘴陣列），其中術語"功能絲"指的是導電和/或設備絲。3D打印機還可以包括 在計算機控制的模塊化打印頭之下的用于沉積擠出的結構或功能絲的搭建平臺或襯底。
[0081] 參考圖4,每個打印頭或管嘴被配置為通過附接到標準CNC(計算機數(shù)字控制）平 臺能夠進行X、y和/或z方向平移。管嘴也可以圍繞x-y-和/或z軸旋轉(zhuǎn)6度的自由度 運動。還有可能在打印期間管嘴保持靜止并且襯底相對于管嘴移動或管嘴和襯底兩者都運 動。管嘴可以與多個油墨通道流體連通，這允許通過選擇適當?shù)耐ǖ纴泶蛴〔煌挠湍?。?嘴也可以被配置為可以通過通道中的一個施加真空來代替正壓，從而便于在打印過程期間 執(zhí)行拾取和放置操縱。
[0082]計算機控制的模塊化打印頭可以包括被配置為連接到至少一個油墨貯存器的至 少一個室溫打印頭，如以上所述的。來自（一個或多個）室溫打印頭的油墨沉積可以在恒 定壓力下被氣動地驅(qū)動或以恒定位移速率被機械地驅(qū)動。計算機控制的模塊化打印頭也可 以或可選地包括至少一個高溫打印頭，其包括用于在高溫擠出的加熱器。（一個或多個）高 溫打印頭中每個都可被配置為接收材料的（例如，熱塑性聚合物）單絲的連續(xù)進料或來自 油墨貯存器的可以被擠出的油墨。
[0083]如上所述，每個打印頭包括至少一個管嘴。一般地，1個或多個、2個或更多個、3個 或更多個、4個或更多個、5個或更多個并且高達N個管嘴可以用于擠出和沉積油墨絲，其中 KN< 1024,并且更典型地，N不大于512、N不大于256、N不大于128或N不大于64。可 以在串行沉積工藝中順序地從N個管嘴擠出絲，或在并行沉積工藝中同時地擠出絲，其中， 每個管嘴可以包含不同的前體油墨。為了便于從單個打印頭順序地或串行打印，管嘴可以 在z方向被獨立地控制。
[0084] 提供到管嘴的粘彈性油墨可以被容納在分開的注射器筒體（或油墨貯存器）中， 其可以通過Luer-Lok?或其它連接器的方式被單獨地連接到管嘴。可以在施加從約lpsi至約lOOpsi、從約lOpsi至約80psi、或從約20psi至約60psi的壓力下擠出每個絲。在擠 出期間的壓力可以是恒定的或可以是變化的。通過使用可替代的壓力源，在打印期間可以 施加高于lOOpsi和/或低于lpsi的壓力。變化的壓力可能會產(chǎn)生具有沿著絲的長度變化 的直徑的擠出的絲。典型地在環(huán)境或室溫條件（例如，從約18°C到約25°C)執(zhí)行擠出。對 于高溫打印（例如，當熔融絲制備（FFF)頭用于沉積），合適材料（諸如，熱塑性聚合物）的 單絲可以從卷軸提供給高溫打印頭，并且可以在例如約100°C到約400°C的溫度范圍中執(zhí) 行擠出。
[0085] 在每個絲的擠出和沉積期間，管嘴（或打印頭）可以沿著預定路徑（例如，從（ Xl， ypZq)到（x2,y2,z2))移云力，具有±100微米內(nèi)、土50微米內(nèi)、土 10微米內(nèi)或±1微米內(nèi)的 位置精度。因此，絲可以被沉積為具有± 100微米內(nèi)、± 50微米內(nèi)、± 10微米內(nèi)或± 1微米 內(nèi)的位置精度?？梢砸愿哌_約3m/s的速度（例如，從約lcm/s到約3m/s)移動管嘴并沉積 絲，并且更典型地，在從約lmm/s到約500mm/s、從約lmm/s到約100mm/s、從約lmm/s到約 50mm/s或從約lmm/s到約10mm/s的速度范圍內(nèi)移動管嘴并沉積絲。
[0086] 管嘴的預定路徑可以具有由打印機的搭建平臺的大小確定的至少約2400cm2、至 少約2700cm2以及高達約lm2的XY邊界區(qū)。例如，搭建平臺可以具有從約60cm到約100cm 的長度和從約40cm到約100cm的寬度。每個打印頭可以在z方向移動從約10cm到約50cm 或從約15cm到約30cm的距離。
[0087]諸如SolidWorks(DassaultSystemesSolidWorksCorp.，Waltham,MA)或 AutoCAD(Autodesk,Inc.，SanRafael,CA)的市售計算機輔助設計軟件可以用于產(chǎn)生所需 打印結構的數(shù)字3D模型。這些軟件包能夠?qū)С鲎鳛?STL文件的3D模型。一旦為.STL格 式，數(shù)字3D模型就可以使用"切片軟件"（諸如，Slic3r或Cura)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蛴≈噶睿℅代碼）， "切片軟件"將數(shù)字3D模型切為水平切片或?qū)硬⑶一冢▁，y，z)坐標生成用于將擠出的材 料填充這些切片的工具軌跡。工藝參數(shù)包括填充密度、管嘴速度、要擠出的油墨量以及管嘴 溫度。哈佛大學設計的定制的3D打印機和修改的RepRep設備(www.reprap.orR)被用于 創(chuàng)建本公開中描述的3D打印示例。
[0088] 示例件軟件和3D打印機
[0089] 以下描述的示例性示范部件首先使用SolidWorks程序建模，并且數(shù)據(jù)導出 為.STL文件并導入到Slic3r軟件用于創(chuàng)建打印路徑。用于導電絲（導電跡線）的打印路 徑的整合可以以以下兩種方式之一來進行：導電跡線可以從SolidWorks中的圍繞結構建 模為分開部分。之后用于導電跡線和結構的模型可以在SolidWorks組件中以所需的定向 結合并且導出為一組.STL文件。這些.STL文件之后可以在Slic3r中組合