(Phys.org) —Som en del av ett projekt som demonstrerar nya 3D-utskriftstekniker, Princeton-forskare har inbäddat små ljusemitterande dioder i en standardkontaktlins, låter enheten projicera strålar av färgat ljus.

Michael McAlpine, den ledande forskaren, varnade för att linsen inte är avsedd för faktisk användning - för en, det kräver en extern strömförsörjning. Istället, han sa att teamet skapade enheten för att demonstrera förmågan att "3-D-printa" elektronik i komplexa former och material.

"Detta visar att vi kan använda 3D-utskrift för att skapa komplex elektronik inklusive halvledare, sa McAlpine, en biträdande professor i maskin- och rymdteknik. "Vi kunde 3D-skriva ut en hel enhet, i detta fall en lysdiod."

Den hårda kontaktlinsen är gjord av plast. Forskarna använde små kristaller, kallas kvantprickar, för att skapa de lysdioder som genererade det färgade ljuset. Prickar i olika storlekar kan användas för att generera olika färger.

"Vi använde kvantprickarna [även känd som nanopartiklar] som bläck, " sa McAlpine. "Vi kunde generera två olika färger, orange och grönt."

Kontaktlinsen är också en del av ett pågående arbete med att använda 3D-utskrift för att montera olika, och ofta svår att kombinera, material till fungerande enheter. Under det senaste förflutna, ett team av Princeton -professorer inklusive McAlpine skapade ett bioniskt öra ur levande celler med en inbäddad antenn som kunde ta emot radiosignaler.

Yong Lin Kong, en forskare på båda projekten, sa att det bioniska örat gav en annan typ av utmaning.

"Huvudfokus för projektet bioniska öron var att visa sammanslagningen av elektronik och biologiska material, sa Kong, en doktorand i maskin- och flygteknik.

Kong, huvudförfattaren till artikeln den 31 oktober som beskriver det aktuella arbetet i tidskriften Nanobokstäver , sa att kontaktlinsprojektet, å andra sidan, innebar tryckning av aktiv elektronik med olika material. Materialen var ofta mekaniska, kemiskt eller termiskt inkompatibla – till exempel, att använda värme för att forma ett material kan oavsiktligt förstöra ett annat material i närheten. Teamet var tvunget att hitta sätt att hantera dessa inkompatibiliteter och var också tvungna att utveckla nya metoder för att skriva ut elektronik, snarare än att använda de tekniker som vanligtvis används inom elektronikindustrin.

"Till exempel, det är inte trivialt att mönstra en tunn och enhetlig beläggning av nanopartiklar och polymerer utan inblandning av konventionella mikrotillverkningstekniker, men tjockleken och enhetligheten hos de tryckta filmerna är två av de kritiska parametrarna som bestämmer prestanda och utbyte för den tryckta aktiva enheten, " sa Kong.

För att lösa dessa tvärvetenskapliga utmaningar, forskarna samarbetade med Ian Tamargo, som tog examen i år med en kandidatexamen i kemi; Hyoungsoo Kim, en postdoktor och forskare i fluiddynamik inom avdelningen för mekanisk och rymdteknik; och Barry Rand, en biträdande professor i elektroteknik och Andlinger Center for Energy and the Environment.

McAlpine sa att en av 3-D-utskrifts största styrkor är dess förmåga att skapa elektronik i komplexa former. Till skillnad från traditionell elektroniktillverkning, som bygger kretsar i platta enheter och sedan staplar dem i tre dimensioner, 3D-skrivare kan skapa vertikala strukturer lika enkelt som horisontella.

"I detta fall, vi hade en kub med lysdioder, "Sade han. "En del av ledningarna var vertikala och andra var horisontella."

För att genomföra forskningen, teamet byggde en ny typ av 3D-skrivare som McAlpine beskrev som "någonstans mellan standard och riktigt snygg." Dan Steinart, en biträdande professor i maskin- och rymdteknik och Andlinger Center, hjälpte till att designa och bygga den nya skrivaren, som McAlpine uppskattade kosta i närheten av $20, 000.

McAlpine sa att han inte föreställer sig att 3D-utskrift ersätter traditionell tillverkning inom elektronik inom kort; istället, de är kompletterande teknologier med mycket olika styrkor. Traditionell tillverkning, som använder litografi för att skapa elektroniska komponenter, är ett snabbt och effektivt sätt att göra flera kopior med en mycket hög tillförlitlighet. Tillverkare använder 3D-utskrift, som är långsam men lätt att ändra och anpassa, att skapa formar och mönster för snabb prototypframställning.

Prime-användningsområden för 3D-utskrift är situationer som kräver flexibilitet och som måste anpassas till en specifik användning. Till exempel, Konventionella tillverkningstekniker är inte praktiska för medicinsk utrustning som måste passa till en patients speciella form eller anordningar som kräver blandning av ovanliga material på skräddarsydda sätt.

"Att försöka skriva ut en mobiltelefon är förmodligen inte rätt väg att gå, McAlpine sa. "Det är anpassning som ger kraften till 3D-utskrift."

I detta fall, forskarna kunde anpassa 3D-utskriftselektronik på en kontaktlins genom att först skanna linsen, och mata tillbaka den geometriska informationen till skrivaren. Detta möjliggjorde konform 3D-utskrift av en lysdiod på kontaktlinsen.