基丙烯酸甲酯）（PMMA)、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷（PDMS)、聚酰胺（尼龙）、 聚酰亚胺（PI)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、聚苯乙烯（PS)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚氯乙烯 (PVC)、聚氨酯（PU)、聚碳酸酯（PC)、光固化树脂、环氧树脂和水凝胶。陶瓷可以从包括以下 物质的组中选出：氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化物。例如，合适的陶瓷可以包括氧 化铝、氧化铍、氧化铺、二氧化娃、二氧化钛、氧化错、碳化娃、氮化娃、氮化硼、粘土和羟基磷 灰石。3D结构的结构材料还可以包括复合材料。例如，包括陶瓷或玻璃的填充颗粒可以掺 入聚合物基质。
[0042] 由于直接写入打印固有的定位灵活性，其中沉积管嘴可以沿着x-、y_以及z-轴中 每个平移并围绕其中每个旋转，功能电子设备可以在3D结构内以任何角度定向。例如，当 3D结构包括嵌入其中的多个功能电子设备时，功能电子设备中的至少一个功能电子设备的 基部可以相对于其它功能电子设备的基部以非零角度定向。参考图1，例如，在右侧的1C 104b具有相对于在左侧的IC104a的基部以90度的角度旋转的基部。这种灵活定位能力 可以提供在可能嵌入3D结构中的设备的数量密度方面的优势。
[0043]制备方法的另一优势是：导电丝中的一个或多个可以跟随连接点之间的非平坦路 径。换言之，导电丝不限于平坦路径，这与印刷电路板上的导电迹线形成鲜明对比。此外， 导电丝可以被设计为具有合适的化学性和粘度以在挤出后至少部分地自支撑。因此，导电 丝中的一个或多个可以是沿着其长度的一部分不被结构材料的下层或衬底支撑的，例如由 图3和12D中的导电（银）丝的图像示出的。大量导电丝可以被打印在3D结构内的复杂 构造中，例如形成意大利面条状布置。
[0044]导电丝可以包括也可充当热导体的导电材料，诸如过渡金属、碱金属、碱土金属、 稀土金属或碳。例如，导电材料可以从包括以下物质的组中选出：银、铜、铅、锡、锂、钴、金、 铂、钯、钛、钼、钨、钽、铼、锆、钒、铬、铌、铁、镍、锌、铝、镁和碳（例如，石墨、石墨烯、碳纳米 管、碳黑）。除了作为用于功能电子设备的导电迹线，导电丝中的一些或全部还可以或可选 地用作3D功能部件中的散热器和/或加热器件。例如，导电丝可以均匀地或不均匀地分布 在整个3D部件，并用作加热器件来驱动结构材料的热固化。在另一示例中，导电丝中的一 些或全部可以用于散发由功能性电子设备在使用期间产生的热量。
[0045]导电丝可以由包括导电纳米颗粒和/或具有反应化学组成的前体油墨制 剂形成。这样的前体油墨例如在标题为"MetalNanoparticleInks, "的美国专利 7,922,939 以及在S.B.Walker和J.A.Lewis在JournaloftheAmericanChemical Society,134[3]1419_21(2012)发表的"ReactiveSilverInksforPatterning High-ConductivityFeaturesatMildTemperatures," 中进行了描述，这两者通过引入 并入此处。可替代地，导电丝可以从包含分散在溶剂中的导电颗粒的导电油墨制剂中挤出。 在一个示例中，导电颗粒可以包括诸如银薄片的导电薄片。可替代地，导电颗粒可以具有其 它形态，诸如棒、球、多边形、管、针等。示例性导电性颗粒包括：银多边形和纳米棒、金纳米 棒、镀银铜颗粒、镀银铜薄片、镀银铜棒、锡颗粒、镍颗粒、铝颗粒、涂覆有导电涂层的绝缘颗 粒、石墨烯、石墨、碳黑、碳纳米管、导电聚合物颗粒以及可以利用适当的还原剂进行包装以 防止表面氧化的纯铜颗粒。
[0046] 用于导电油墨制剂的溶剂可以被选择以促进在干燥时形成导电丝和下层衬底 (其可以是3D结构的结构材料）之间的强接合。优选地，溶剂能够溶解结构材料的表面 层，以使与3D结构相接触的导电丝的部分可以在干燥时牢固粘附。用于导电油墨制剂的 溶剂可以基于给定溶剂的Hansen溶解度参数和与衬底材料（例如，热塑性聚合物）相关 联的溶解度球的体积的比较来选择，例如在J.Burke的"SolubilityParameters:Theory andApplication,'，TheBookandPaperGroupAnnual, 3 (1984)， 在http: //cool. conservation_us·org/coolaic/sg/bDg/armual/v03/bD〇3_04.html可Pj>获取。具有位于给 定衬底材料的溶解度球的体积内的溶解度参数的液体可以被认为是对于该材料的活性溶 剂。对于给定材料的溶解度球的体积是由Hansen溶解度参数)和相互作用的 半径（R)限定的，它们分别表示球体中心和其范围。可以在C.M.Hansen,HansenSolubility Parameters:AUser'sHandbook,publishedbyCRCPress(2000)以及PolylacticAcid: PLABiopolymerTechnologyandApplications,publishedbyWilliamAndrew(2012) (尤其用于PLA溶解度参数）中找到用于各种溶剂和聚合物的溶解度参数。在3D打印背景 内，具有位于给定结构材料的溶解度球内的Hansen溶解度参数的导电油墨的溶剂，可以被 预期与结构材料化学相容并混溶。更具体地说，溶剂被预期是与结构材料充分混溶的，以使 得在导电丝和结构材料之间的接触区在干燥时可以形成牢固的接合。优选地，溶剂是容易 蒸发的挥发性溶剂，以促进在室温让导电丝干燥。
[0047] 合适的溶剂可以包括有机酯，诸如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、乙酸戊酯和/ 或乙酸己酯。这些溶剂可以表现出低毒性、可调的疏水性和所需的蒸汽压。此外，这些溶剂 可以与极性和非极性材料均混溶，并且可以表现出对热塑性聚合物的良好的润湿性。
[0048] 诸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和/或辛醇的不同长度的醇类以及 诸如甲酸、乙酸和丙酸的不同长度的羧酸也可以用作溶剂。在一些实施例中，也可以使用诸 如水、乙二醇、甘油和/或N-甲基吡咯烷酮的极性溶剂或诸如四氢呋喃或2-甲基四氢呋喃 的中等极性溶剂。其它合适的溶剂可以包括乙二醇丁基醚、乙二醇丁基醚乙酸酯、丙二醇丁 基醚、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、环己基、乙酸庚酯、乙酸辛酯、矿物油精、丙二醇甲基醚、甲 基正戊基酮。
[0049] 诸如长链脂肪酸的封端剂可以用于涂覆导电油墨的导电颗粒以抑制或防止絮凝。 对于以下描述的示例性系统，通过在存在封端剂和乙酸戊酯溶剂的情况下研磨银粉末来生 产银薄片，并且银薄片在整个研磨过程中基本上保持分散。封端剂可以含有在脂肪酸分子 的末端处强键合到银薄片的表面的羧酸基团，同时长链烃伸入周围溶剂。可替代地，羧酸基 团可以用对导电颗粒表面具有尚未和力的其它官能团取代，诸如硫醇（例如，十^烷基硫 醇）和/或胺（例如，十二烷基胺）。封端剂可以是亲水的，以优化导电颗粒在水中或诸如 醇的其它极性溶剂中的分散。例如，封端剂可以包括水溶性聚合物，诸如聚丙烯酸（PAA)、聚 乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚乙烯醇（PVA)或聚乙烯亚胺（PEI)或任何其它聚电解质。
[0050] 导电油墨还可以或可选地包括增粘剂，以向导电油墨赋予期望水平的粘度并且也 提高了打印和干燥的丝的结构完整性。增粘剂可以包括具有链长超过10K单元的聚合物。 为了优化打印和干燥状态的电导率，且不牺牲打印的丝的结构完整性，油墨中典型的聚合 物浓度相对于油墨中导电颗粒的重量可以是〇.lwt. %和5wt. %之间。示例性增粘剂包括 硝酸纤维素（例如，小于12. 8%的硝酸替代）、不同长度的纤维素酯、羟丙基纤维素、羟乙基 纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素。通常纤维素衍生物特别适合作 为增粘剂，因为其官能团替代的多功能性、天然丰度和生物相容性。可以基于考虑所需溶剂 来选择纤维素衍生物的类型。其它类型的合适的增粘剂可以包括长链PEO、PEI、PVP、PAA、 聚丙烯、聚乙二醇、聚异戊二烯、聚硅氧烷、天然橡胶、多糖（诸如苍耳胶）等。增粘剂也可 以或可选地包括随着溶剂蒸发经历膜形成的聚合物胶乳。
[0051] 在一些情况中，增粘剂可以溶解于所需溶剂和用于确保增粘剂的完全溶解的另一 高蒸汽压溶剂的混合物中。之后，后一溶剂在使用前可以从油墨中蒸发。增粘剂也可以被 设计为在沉积后发生改变油墨的流变性质的反应。例如，硫化硅氧烷可以用作增粘剂。沉 积前，增粘剂可以是中等长度的聚合物链的形式，并且然后，在沉积之后，通过热、湿气、氧 气或UV光引发的硫化反应可以诱发成为坚固的固体的变化。
[0052] 在一些情况中，将其它添加剂微量添加到导电油墨制剂中可能是有利的，其它添 加剂诸如是碳纤维、纳米原纤维素、碳化硅棒、碳纳米管、金属棒或在基于挤出的3D打印期 间可能经受剪切对齐的其它各向异性颗粒。取决于油墨组成，在油墨中包含增塑剂（例如， 乙酰基三丁酯）和/或阻燃剂也可能是有益的，并且相同的添加剂可以用于这两个目的。表 面张力调节剂也可以或可选地被添加以修改所需衬底（例如，热塑性聚合物）上的油墨的 润湿行为。可以加入淀粉以帮助在干燥时减轻导电丝的收缩率。
[0053] 一般而言，导电丝可以包括从约70wt. %至约99. 9wt. %的导电颗粒（溶剂蒸发 后），并且该范围优选为从约90wt. %至约99. 9wt. %。增粘剂相对于导电颗粒的重量典型 存在为约〇.lwt. %至约5wt. %的量，并且该量优选为从约0. 5wt. %至约2. 5wt. %。诸如 碳纳米管的（一个或多个）其它流变和/或机械性质改进剂，可能相对于导电颗粒的重量 存在为从约〇.oiwt. %至约10wt. %的浓度，并且浓度优选为从约0.lwt. %至约lwt. %。 在初始的油墨制剂中，在挤出并干燥以形成导电丝之前，溶剂可以存在为从约lwt. %至约 70wt. %的浓度，而优选的浓度为从约12wt. %至约25wt. %。
[0054] 为了 3D打印有效地发挥作用，导电油墨优选是具有非线性剪切依赖性的粘弹性； 即，导电油墨在3D打印期间能够经过沉积管嘴流出，但能够在离开打印头后保留其丝状的 形状。（用于打印结构和/或设备丝的油墨，如下面进一步描述，也可以具有非线性剪切依 赖性的粘弹性）如上所述，也强烈地优选导电油墨和3D结构的结构材料之间的化学相容性 和良好的润湿性。因此，导电丝可以与在打印状态中和任何后处理后（诸如退火）的结构 材料形成强界面，而不损害3D结构的结构完整性。由于3D打印的部件所需的电子功能，优 选地，导电丝表现出足够高的电导率。例如，在室温干燥后的导电丝的电导率可以是体金属 的电导率的至少约1 %、至少约2. 5%、至少约5%或至少约10%。有利的是，电导率是体金 属电导率的至少约20 %、至少约30 %、至少约40 %、至少约50 %或至少约60 %，并可能高达 体金属电导率的约70%、80%、90%或99%。