為3D打印全功能電子電路開發(fā)的新方法

諾丁漢大學(xué)的研究人員開創(chuàng)了一種快速3D打印全功能電子電路的突破性方法。

包含導(dǎo)電金屬油墨和絕緣聚合物油墨的電路現(xiàn)在可以在單個(gè)噴墨印刷工藝中生產(chǎn)，其中UV光快速固化油墨。

這項(xiàng)突破性技術(shù)為電子制造業(yè)生產(chǎn)全功能組件鋪平了道路，如三維天線和多種材料(包括金屬和塑料)的全印刷傳感器。

這種新方法將二維印刷電子產(chǎn)品與增材制造(AM)或三維印刷相結(jié)合 - 這是基于材料的逐層沉積，以創(chuàng)建三維產(chǎn)品。這擴(kuò)大了多功能增材制造(MFAM)的影響，其涉及在單個(gè)增材制造系統(tǒng)中印刷多種材料以創(chuàng)建具有更廣泛功能的組件。

該新方法克服了制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)中包含塑料和金屬部件的全功能裝置的一些挑戰(zhàn)，其中需要不同的方法來固化每種材料。

現(xiàn)有系統(tǒng)通常僅使用一種限制印刷結(jié)構(gòu)功能的材料。具有導(dǎo)體和絕緣體兩種材料，擴(kuò)展了電子設(shè)備的功能范圍。例如，包括壓力傳感器和無線通信電路的腕帶可以是3D打印的并且在單個(gè)過程中為佩戴者定制。

該突破加速了導(dǎo)電油墨的凝固過程，每層不到一分鐘。以前，使用傳統(tǒng)的熱源(如烤箱和熱板)完成此過程需要更長的時(shí)間，因此當(dāng)需要數(shù)百層來形成物體時(shí)，這是不切實(shí)際的。此外，電子電路和器件的生產(chǎn)受到限制這些系統(tǒng)的形式和潛在性能的當(dāng)前制造方法的限制。

材料工程教授，該研究的首席研究員Chris Tuck教授強(qiáng)調(diào)了突破的潛力，“能夠在單一結(jié)構(gòu)中使用3D打印導(dǎo)電和介電材料(電絕緣體)，噴墨打印提供高精度，將能夠制造完全定制的電子元件。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，您不必為電容選擇標(biāo)準(zhǔn)值，只需設(shè)置值，打印機(jī)就會(huì)為您生成組件。

增材制造中心(CfAM)主任Richard Hague教授補(bǔ)充說，“ 在復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)中印刷包含多種材料的全功能設(shè)備現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)。這一突破具有巨大潛力，成為21世紀(jì)產(chǎn)品和設(shè)備的有利制造技術(shù)，有可能對行業(yè)和公眾產(chǎn)生重大影響。

這個(gè)怎么運(yùn)作

Ehab Saleh博士和CfAM團(tuán)隊(duì)的成員發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電油墨中的銀納米粒子能夠有效地吸收紫外線。吸收的UV能量轉(zhuǎn)換成熱量，蒸發(fā)導(dǎo)電油墨的溶劑并熔化銀納米顆粒。該過程僅影響導(dǎo)電油墨，因此不會(huì)損壞任何相鄰的印刷聚合物。研究人員使用相同的緊湊，低成本的基于LED的UV光在相同的印刷過程中將聚合物油墨轉(zhuǎn)化為固體，以形成多材料3-D結(jié)構(gòu)。此處提供了一個(gè)視頻，展示了該概念的工作原理

隨著技術(shù)的進(jìn)步，噴墨印刷可以沉積各種具有各種性能的功能性墨水。它用于生物學(xué)，組織生物打印，多酶噴墨打印和各種類型的細(xì)胞打印，其中“墨水”可以包括活細(xì)胞。

這一突破已經(jīng)建立了一種基礎(chǔ)技術(shù)，具有學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的增長潛力。該項(xiàng)目已經(jīng)開展了多項(xiàng)合作，以開發(fā)醫(yī)療設(shè)備，射頻屏蔽表面和用于收集太陽能的新型結(jié)構(gòu)。