(Phys.org) —Als onderdeel van een project dat nieuwe 3D-printtechnieken demonstreert, Princeton-onderzoekers hebben kleine lichtgevende diodes ingebouwd in een standaard contactlens, waardoor het apparaat bundels gekleurd licht kan projecteren.

Michael McAlpine, de hoofdonderzoeker, gewaarschuwd dat de lens niet is ontworpen voor daadwerkelijk gebruik - voor een, het vereist een externe voeding. In plaats daarvan, hij zei dat het team het apparaat heeft gemaakt om de mogelijkheid te demonstreren om elektronica te "3D-printen" in complexe vormen en materialen.

"Dit laat zien dat we 3D-printen kunnen gebruiken om complexe elektronica te maken, waaronder halfgeleiders, " zei McAlpine, een assistent-professor werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek. "We waren in staat om een ​​heel apparaat in 3D te printen, in dit geval een led."

De harde contactlens is gemaakt van kunststof. De onderzoekers gebruikten kleine kristallen, kwantumstippen genoemd, om de LED's te maken die het gekleurde licht opwekten. Punten van verschillende grootte kunnen worden gebruikt om verschillende kleuren te genereren.

"We gebruikten de kwantumdots [ook bekend als nanodeeltjes] als inkt, " zei McAlpine. "We waren in staat om twee verschillende kleuren te genereren, oranje en groen."

De contactlens maakt ook deel uit van een voortdurende inspanning om 3D-printen te gebruiken om diverse, en vaak moeilijk te combineren, materialen in werkende apparaten. In het recente verleden, een team van Princeton-professoren, waaronder McAlpine, creëerde een bionisch oor uit levende cellen met een ingebouwde antenne die radiosignalen kon ontvangen.

Yong Lin Kong, een onderzoeker op beide projecten, zei dat het bionische oor een ander soort uitdaging bood.

"De belangrijkste focus van het bionische oorproject was het demonstreren van de fusie van elektronica en biologische materialen, " zei Kong, een afgestudeerde student werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek.

kong, de hoofdauteur van het artikel van 31 oktober waarin het huidige werk in het tijdschrift wordt beschreven Nano-letters , zei dat het contactlensproject, anderzijds, omvatte het printen van actieve elektronica met gebruikmaking van diverse materialen. De materialen waren vaak mechanisch, chemisch of thermisch onverenigbaar, bijvoorbeeld het gebruik van warmte om het ene materiaal te vormen, kan onbedoeld een ander materiaal in de buurt vernietigen. Het team moest manieren vinden om met deze onverenigbaarheden om te gaan en moest ook nieuwe methoden ontwikkelen om elektronica te printen, in plaats van de technieken te gebruiken die gewoonlijk worden gebruikt in de elektronica-industrie.

"Bijvoorbeeld, het is niet triviaal om een ​​dunne en uniforme coating van nanodeeltjes en polymeren te vormen zonder de tussenkomst van conventionele microfabricagetechnieken, toch zijn de dikte en uniformiteit van de bedrukte films twee van de kritische parameters die de prestaties en het rendement van het bedrukte actieve apparaat bepalen, ' zei Kong.

Om deze interdisciplinaire uitdagingen op te lossen, werkten de onderzoekers samen met Ian Tamargo, die dit jaar afstudeerde met een bachelor scheikunde; Hyoungsoo Kim, een postdoctoraal onderzoeker en expert vloeistofdynamica op de afdeling werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek; en Barry Rand, een assistent-professor elektrotechniek en het Andlinger Centrum voor Energie en Milieu.

McAlpine zei dat een van de grootste troeven van 3D-printen het vermogen is om elektronica in complexe vormen te creëren. In tegenstelling tot de traditionele elektronicaproductie, die circuits in platte assemblages bouwt en ze vervolgens in drie dimensies stapelt, 3D-printers kunnen net zo gemakkelijk verticale structuren maken als horizontale.

"In dit geval, we hadden een kubus van LED's, " zei hij. "Sommige van de bedrading was verticaal en sommige waren horizontaal."

Om het onderzoek uit te voeren, het team bouwde een nieuw type 3D-printer die McAlpine beschreef als "ergens tussen kant-en-klaar en echt luxe." Dan Steingart, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek en het Andlinger Center, hielp bij het ontwerpen en bouwen van de nieuwe printer, waarvan McAlpine de kosten in de buurt van $20 schatte, 000.

McAlpine zei dat hij niet voor ogen heeft dat 3D-printen op korte termijn de traditionele productie in elektronica vervangt; in plaats daarvan, het zijn complementaire technologieën met zeer verschillende sterktes. Traditionele productie, die lithografie gebruikt om elektronische componenten te maken, is een snelle en efficiënte manier om meerdere kopieën te maken met een zeer hoge betrouwbaarheid. Fabrikanten gebruiken 3D-printen, die langzaam maar gemakkelijk te veranderen en aan te passen is, om mallen en patronen te maken voor rapid prototyping.

Primaire toepassingen voor 3D-printen zijn situaties die flexibiliteit vereisen en die moeten worden afgestemd op een specifiek gebruik. Bijvoorbeeld, conventionele fabricagetechnieken zijn niet praktisch voor medische hulpmiddelen die moeten worden aangepast aan de specifieke vorm van een patiënt of hulpmiddelen waarvoor ongebruikelijke materialen op aangepaste manieren moeten worden gemengd.

"Proberen een mobiele telefoon af te drukken is waarschijnlijk niet de juiste manier, "Zei McAlpine. "Het is maatwerk dat de kracht geeft aan 3D-printen."

In dit geval, de onderzoekers waren in staat om 3D-printelektronica op maat te maken op een contactlens door eerst de lens te scannen, en het terugvoeren van de geometrische informatie naar de printer. Dit maakte conforme 3D-printen van een LED op de contactlens mogelijk.