Driedimensionale printtechnieken kunnen mogelijk worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan objecten met complexe geometrieën te fabriceren, inclusief elektronische componenten. De meeste 3D-printbenaderingen die tot nu toe zijn ontwikkeld, echter, alleen effectief zijn gebleken voor het produceren van niet-functionele materialen, als het printen van meer geavanceerde structuren, inclusief elektronische apparaten, verschillende productiestadia en veeleisendere procedures zouden vergen.

Onderzoekers van de Universiteit van Californië in Los Angeles, Virginia Tech, en het Air Force Research Laboratory hebben onlangs een nieuwe 3D-printbenadering ontwikkeld om elektronische apparaten van verschillende materialen te produceren. Hun aanpak, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , maakt het 3D-printen van complexe elektronische structuren in één stap mogelijk.

"De huidige elektronische apparaten, inclusief geïntegreerde schakelingen, antennes en sensoren, zijn beperkt tot 2D-plannerpatronen, " Xiaoyu Zheng, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Er is, echter, een groeiende vraag naar niet-planaire 3D-apparaten of circuits, sensorarrays en antennes op gebogen oppervlakken, of verpakt in complexe 3D-vormen en architecturen. Echter, geen enkele bestaande methode kan dit efficiënt bereiken."

De meeste bestaande 3D-printbenaderingen maken gebruik van een proces dat bekend staat als 'aerosol jetting' en/of direct-schrijftechnieken. Deze methoden omvatten over het algemeen meerdere afdrukstappen, inbeddingsprocedures en ingewikkelde inktformuleringen.

In sommige gevallen, ze vereisen ook de integratie van meerdere afdrukmethoden, wat de fabricagetijden aanzienlijk verlengt. Als resultaat, deze technieken zijn verre van ideaal voor de snelle productie van functionele elektronica en complexe 3D-structuren.

Zheng en zijn collega's bedachten een aanpak die de beperkingen van deze eerder ontwikkelde 3D-printtechnieken kon overwinnen. Hun methode deponeert volumetrisch verschillende functionele materialen in willekeurige 3D-lay-outs, elektronische apparaten maken in een enkele afdrukstap.

"We rapporteren een strategie om snel willekeurige elektronische apparaten met meerdere materialen te maken door selectief de locatie en het type oppervlakteladingen op een 3D-geprint object te regelen, die vervolgens kunnen worden gebruikt om functionele materialen te deponeren op basis van gelokaliseerde elektrostatische aantrekking, " zei Zheng. "Metalen contacten kunnen selectief worden gedeponeerd op vooraf gedefinieerde locaties, het creëren van elektronische circuits en elektroden met kenmerken van minder dan 10 m en met snelheden van 26, 000 mm ² h–1:vele malen sneller dan andere methoden, zoals afdrukken met meerdere processen (11 mm ² H ^–1 ), inkt schrijven (113 mm ² H ^–1 ) of spuitbusdruk (5, 600 mm ² H ^–1 )."

De nieuwe 3D-printtechniek die door Zheng en zijn collega's is geïntroduceerd, drukt apparaten of materialen af ​​die zijn samengesteld uit 3D-diëlektrische/geleidende arrays en unieke circuitpatronen. In aanvulling, het kan gemakkelijk worden aangepast om een ​​verscheidenheid aan topologieën en 3D-architecturen te produceren, en zou dus mogelijk de grootschalige fabricage van antenne-arrays voor 5G-communicatie mogelijk kunnen maken, protheses en neuronensondes.

Om de effectiviteit van hun methode aan te tonen, de onderzoekers gebruikten het om kunstmatige vingertoppen af ​​te drukken voor tactiele waarneming en vormwaarneming, veelbelovende resultaten te behalen. In de toekomst, hun aanpak zou de geautomatiseerde productie van compacte, elektronische apparaten met meerdere materialen in korte tijd.

"We zijn nu van plan om het bouwvolume van onze methode uit te breiden en tegelijkertijd de functiegroottes te verkleinen, en omvatten meerdere dirigeren, diëlektrische en functionele materialen in het systeem, " zei Zheng. "We werken ook samen met industriële medewerkers aan slimme materialen, sensoren en alles-in-één apparaten. Een belangrijk gebied waarop we ons concentreren, is de fabricage van antenne-arrays voor RF-communicatie."

© 2020 Wetenschap X Netwerk