En ny teknik til 3-D print multimateriale enheder

Tredimensionelle printteknikker kan potentielt bruges til at fremstille en række objekter med komplekse geometrier, herunder elektroniske komponenter. De fleste 3-D-printmetoder udviklet hidtil, imidlertid, blot har vist sig effektive til fremstilling af ikke-funktionelle materialer, som udskrivning af mere sofistikerede strukturer, herunder elektroniske enheder, ville kræve flere produktionsfaser og mere krævende procedurer.

Forskere ved University of California Los Angeles, Virginia Tech, og Air Force Research Laboratory har for nylig udtænkt en ny 3-D print tilgang til at producere elektroniske enheder lavet af forskellige materialer. Deres tilgang, præsenteret i et papir offentliggjort i Naturelektronik , muliggør 3D-print af komplekse elektroniske strukturer i et enkelt trin.

"Nuværende elektroniske enheder, inklusive integrerede kredsløb, antenner og sensorer, er begrænset til 2D-planlægningsmønstre, "Xiaoyu Zheng, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Der er, imidlertid, en stigende efterspørgsel efter ikke-planære 3D-enheder eller kredsløb, sensorarrays og antenner på buede overflader, eller pakket i komplekse 3D-former og arkitekturer. Imidlertid, ingen eksisterende metode kan effektivt opnå dette. "

De fleste eksisterende 3-D printmetoder bruger en proces kendt som 'aerosol jetting' og/eller direkte skriveteknikker. Disse metoder indebærer generelt flere udskrivningstrin, indlejringsprocedurer og indviklede blækformuleringer.

I nogle tilfælde, de kræver også integration af flere udskrivningsmetoder, hvilket forlænger fremstillingstiderne betragteligt. Som resultat, disse teknikker er langt fra ideelle til højhastighedsproduktion af funktionel elektronik og komplekse 3-D strukturer.

Zheng og hans kolleger udtænkte en tilgang, der kunne overvinde begrænsningerne ved disse tidligere udviklede 3-D printteknikker. Deres metode deponerer volumetrisk flere funktionelle materialer inden for vilkårlige 3D-layout, skabe elektroniske enheder i et enkelt udskrivningstrin.

"Vi rapporterer en strategi for hurtigt at skabe vilkårlige multi-materiale elektroniske enheder ved selektivt at kontrollere placeringen og typen af ​​overfladeladninger på et 3-D printet objekt, som derefter kan bruges til at afsætte funktionelle materialer baseret på lokaliseret elektrostatisk tiltrækning, " sagde Zheng. "Metalkontakter kan selektivt deponeres på foruddefinerede steder, skabe elektroniske kredsløb og elektroder med funktionsstørrelser under 10 μm og med hastigheder på 26, 000 mm ² h–1 – mange gange hurtigere end andre metoder, såsom multi-proces printing (11 mm ² h ^–1 ), blækskrivning (113 mm ² h ^–1 ) eller aerosol jet print (5, 600 mm ² h ^–1 )."

Den nye 3-D printteknik introduceret af Zheng og hans kolleger udskriver enheder eller materialer sammensat af 3-D dielektriske/ledende arrays og unikke kredsløbsmønstre. Ud over, det kan nemt tilpasses til at producere en række topologier og 3D-arkitekturer, og kunne således potentielt muliggøre storstilet fremstilling af antennesystemer til 5G-kommunikation, proteser og neuronsonder.

For at demonstrere effektiviteten af ​​deres metode, forskerne brugte det til at printe kunstige fingerspidser til taktil sansning og formsansning, opnå meget lovende resultater. I fremtiden, deres tilgang kunne lette automatiseret produktion af kompakte, multi-materiale elektroniske enheder over kort tid.

"Vi planlægger nu at udvide byggevolumen af ​​vores metode, mens vi formindsker funktionsstørrelser, og inkorporerer flere ledninger, dielektriske og funktionelle materialer ind i systemet, " sagde Zheng. "Vi arbejder også med industrielle samarbejdspartnere om smarte materialer, sensorer og alt-i-en enheder. Et stort område, vi fokuserer på, er fremstillingen af ​​antennesystemer til RF-kommunikation."

© 2020 Science X Network