Tredimensionella trycktekniker kan eventuellt användas för att tillverka olika objekt med komplexa geometrier, inklusive elektroniska komponenter. De flesta 3D-utskriftsmetoder som utvecklats hittills, dock, bara har visat sig vara effektivt för att producera icke-funktionella material, som att skriva ut mer sofistikerade strukturer, inklusive elektroniska enheter, skulle kräva flera produktionsstadier och mer krävande förfaranden.

Forskare vid University of California Los Angeles, Virginia Tech, och Air Force Research Laboratory har nyligen utarbetat en ny 3D-utskriftsmetod för att producera elektroniska enheter gjorda av olika material. Deras tillvägagångssätt, presenteras i ett papper publicerat i Nature Electronics , möjliggör 3D-utskrift av komplexa elektroniska strukturer i ett enda steg.

"Nuvarande elektroniska enheter, inklusive integrerade kretsar, antenner och sensorer, är begränsade till 2-D-planeringsmönster, "Xiaoyu Zheng, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Det finns, dock, en växande efterfrågan på icke-plana 3D-enheter eller kretsar, sensoruppsättningar och antenner på krökta ytor, eller förpackade i komplexa 3D-former och arkitekturer. Dock, ingen befintlig metod kan effektivt uppnå detta. "

De flesta befintliga 3D-utskriftsmetoder använder en process som kallas 'aerosolstrålning' och/eller direktskrivningsteknik. Dessa metoder innebär i allmänhet flera utskriftssteg, inbäddningsprocedurer och invecklade bläckformuleringar.

I vissa fall, de kräver också integration av flera utskriftsmetoder, vilket förlänger tillverkningstiderna avsevärt. Som ett resultat, dessa tekniker är långt ifrån idealiska för höghastighetsproduktion av funktionell elektronik och komplexa 3D-strukturer.

Zheng och hans kollegor utarbetade ett tillvägagångssätt som kunde övervinna begränsningarna för dessa tidigare utvecklade 3D-trycktekniker. Deras metod avsätter volymetriskt flera funktionella material inom godtyckliga 3D-layouter, skapa elektroniska enheter i ett enda utskriftssteg.

"Vi rapporterar en strategi för att snabbt skapa godtyckliga elektroniska enheter av flera material genom att selektivt styra platsen och typen av ytladdningar på ett 3D-tryckt objekt, som sedan kan användas för att deponera funktionellt material baserat på lokaliserad elektrostatisk attraktion, "Sade Zheng." Metalliska kontakter kan selektivt deponeras på fördefinierade platser, skapa elektroniska kretsar och elektroder med funktionsstorlekar under 10 μm och med hastigheter på 26, 000 mm ² h – 1 — många gånger snabbare än andra metoder, till exempel flerprocessutskrift (11 mm ² h ^–1 ), bläckskrivning (113 mm ² h ^–1 ) eller aerosolstråleutskrift (5, 600 mm ² h ^–1 ). "

Den nya 3D-trycktekniken som introducerades av Zheng och hans kollegor skriver ut enheter eller material som består av 3-D dielektriska/ledande matriser och unika kretsmönster. Dessutom, det kan enkelt anpassas för att producera en mängd topologier och 3D-arkitekturer, och kan därmed potentiellt möjliggöra storskalig tillverkning av antennmatriser för 5G-kommunikation, proteser och neuronsonder.

För att demonstrera effektiviteten av deras metod, forskarna använde den för att skriva ut konstgjorda fingertoppar för taktil avkänning och formavkänning, uppnå mycket lovande resultat. I framtiden, deras tillvägagångssätt kan underlätta automatiserad produktion av kompakta, elektroniska apparater med flera material under kort tid.

"Vi planerar nu att utöka byggvolymen för vår metod samtidigt som vi minskar funktionsstorleken, och införliva flera ledande, dielektriska och funktionella material i systemet, "Zheng sa." Vi arbetar också med industriella samarbetspartners om smarta material, sensorer och allt-i-ett-enheter. Ett stort område vi fokuserar på är tillverkning av antennmatriser för RF -kommunikation. "

© 2020 Science X Network