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诺丁汉大学开发了一种3d打印全功能电子电路的新方法

  • 2019-12-04 11:30:59


诺丁汉大学的研究人员开创了一种突破性的方法,以快速三维打印全功能电子电路。

含有导电金属油墨和绝缘聚合物油墨的电路现在可以在一次喷墨打印过程中产生,在这种过程中,紫外光会迅速固化油墨。

突破技术为电子制造工业提供了从多种材料(包括金属和塑料)生产全功能组件(例如3-D天线和完全印刷的传感器)的途径。

该新方法将2-D印刷电子与添加剂制造(AM)或3-D印刷结合起来-所述印刷是基于材料的逐层沉积以产生3-D产品。这扩大了多功能添加剂制造(MFAM)的影响,其涉及在单个添加剂制造系统中印刷多种材料以形成具有更广泛的功能的部件。

新方法克服了在复杂结构中制造包含塑料和金属部件的全功能设备的一些挑战,其中需要不同的方法来固化每种材料。

现有的系统通常只使用一种材料,这限制了印刷结构的功能。有两种材料,如导体和绝缘体,扩大了电子产品的功能范围。例如,包括压力传感器和无线通信电路的腕带可以在一个过程中为佩戴者打印和定制。

该穿透加速了导电油墨的固化过程至每一层小于一分钟。以前,使用传统的热源,如烤箱和热板,这个过程需要更长的时间,这使得当需要几百层形成物体时,这种方法是不切实际的。此外,电子电路和器件的生产受到目前的制造方法的限制,这些方法限制了这些系统的形式和潜在的性能。

这项研究的材料工程和首席研究员克里斯·塔克教授强调了这一突破的潜力,“能够以喷墨打印提供的高精度在单一结构中印刷导电和介电材料(电绝缘体),将能够制造完全定制的电子元件。当设计电路时,不必为电容器选择标准值,您只需设置该值,打印机将为您提供组件。”

添加剂制造中心主任理查德·黑格教授(RichardHague)补充说,“在复杂、三维结构中印刷包含多种材料的全功能设备现已成为现实。这一突破有很大的潜力成为21世纪产品和设备的启用制造技术,这些产品和设备将具有对行业和公众产生重大影响的潜力。”

它的工作原理

EhabSaleh博士和CFAM团队成员发现,导电油墨中的银纳米颗粒能够有效吸收UV光。吸收的UV能量被转换成热,其蒸发导电油墨的溶剂并熔化银纳米颗粒。该方法仅影响导电油墨,因此不会损坏任何相邻的印刷聚合物。研究人员使用了相同的紧凑、低成本的基于LED的UV光,以在相同的印刷工艺中将聚合物油墨转化为固体,以形成多材料3-D结构。演示如何在此处使用“概念”工作的视频

随着技术的进步,喷墨印刷可以沉积一系列功能广泛的油墨,并具有一系列的性能。它用于生物学,组织生物清洗,多酶喷墨打印和各种类型的细胞打印,其中‘墨水’可以构成活细胞。

这一突破为学术界和工业界提供了一种具有增长潜力的基础技术。该项目促成了几项合作,以开发医疗设备、射频屏蔽面和收集太阳能的新结构。

进一步探讨

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