Raymond C. Rumpf, Ph.D., e sua equipe EM Lab são motivados por desafios extremos que outros podem considerar impossíveis.

O Professor Schellenger em Pesquisa Elétrica da Universidade do Texas na Faculdade de Engenharia de El Paso lidera o Laboratório de EM, um espaço dedicado ao pioneirismo de alto risco, conceitos de alto retorno em tecnologias eletromagnéticas e fotônicas que são ativados pela impressão 3-D.

"Nós mantemos uma placa acima de nossa lata de lixo que diz:'Pensamentos incrementais' nele com uma seta apontando para baixo, "Rumpf disse em tom de brincadeira." Se acharmos que pode ser feito, provavelmente não estamos interessados. "

Mas não há nada de engraçado nas descobertas feitas dentro dos limites do laboratório. Desde 2010, Rumpf e sua equipe de pesquisadores viram vários projetos revolucionários em fruição, incluindo o desenvolvimento de uma superfície seletiva de frequência de potência ultra-alta e uma das antenas dielétricas mais finas do mundo. Além disso, a equipe registrou o que é provavelmente a curva mais estreita de um feixe óptico. Contudo, o mais recente avanço do EM Lab é o mais ambicioso e abrangente até agora. No início deste ano, pesquisadores completaram o primeiro verdadeiro tridimensional, circuito volumétrico usando um processo totalmente automatizado. É um feito que Rumpf disse que pode mudar o paradigma de como os produtos com funcionalidade elétrica são projetados e fabricados.

"Esta é uma etapa muito significativa e uma conquista potencialmente perturbadora, "Rumpf disse." Existem muitos outros grandes grupos de pesquisa que estão perseguindo isso. É o que todos neste campo estão trabalhando e falando, no entanto, ninguém ainda o alcançou. É uma espécie de Santo Graal para circuitos impressos 3-D, e foi realizado aqui na UTEP. "

A pesquisa sobre a tecnologia de circuito volumétrico / 3-D nasceu da noção de que um circuito tridimensional oferece mais liberdade para tornar os circuitos menores, mais leve e mais eficiente. A impressão 3D permite que eles sejam fabricados em fatores de forma arbitrários que podem ser integrados a qualquer objeto ou superfície. O conceito oferece muitas oportunidades para a indústria de manufatura. Rumpf disse que essa descoberta recente veio como resultado de anos de pesquisa e montagem de todas as ferramentas e processos necessários para realizar.

"Os últimos três anos foram gastos desenvolvendo ferramentas futurísticas de CAD (design auxiliado por computador), para produzir circuitos 3-D / volumétricos. Essas ferramentas não existem em nenhum outro lugar, "Rumpf disse.

A realização dessas conquistas exigiu o trabalho de uma equipe de pesquisadores do EM Lab — Gilbert Carranza, Ubaldo Robles, Cesar Valle e o próprio Rumpf.

Carranza, um estudante de doutorado, começou sua pesquisa no Laboratório de EM como um graduando sênior há dois anos. Quando Rumpf apresentou o desafio de encontrar uma maneira de projetar circuitos em três dimensões, Carranza aproveitou a oportunidade. Ele usou um software CAD de código aberto para integrar suas funções personalizadas que permitiram ao EM Lab projetar verdadeiros circuitos 3-D.

"Construí uma ferramenta personalizada que nos permite colocar componentes elétricos em qualquer posição e em qualquer orientação, "Carranza disse." Podemos rotear as interconexões elétricas em todas as três dimensões seguindo caminhos suaves. "

Carranza trabalhou durante um ano no software para produzir a primeira versão.

"Não poderíamos ir a lugar nenhum além disso, "Carranza disse." Não tínhamos a ferramenta necessária para realmente traduzir meu projeto em algo que pudesse ser lido por nossa impressora 3-D. "

Entram Robles e Valle. Os dois também são alunos de doutorado e pesquisadores do EM Lab que passam muitas horas na sala de impressão 3-D. Grande parte do ano passado foi gasto tentando preencher a lacuna entre o software da Carranza e o processo de impressão. No começo do verão, Robles concluiu com sucesso uma interface que poderia converter o projeto do circuito em código que a impressora pode ler para construir o circuito em uma única etapa contínua. De lá, Valle e Carranza ajustaram o processo e produziram o primeiro circuito 3-D / volumétrico do mundo usando seu processo automatizado.

"Getting the CAD, code generator, and 3-D printer to play along well together proved the most difficult step, " Valle said. "Typically, when you make a circuit, it's two steps. You start with a thin sheet of plastic. On top of that, you form metal traces, then put electrical components onto that. What our tool does that is unique is it combines these processes, and it does it in three dimensions with complete design freedom. We are now able to load 3-D files, hit 'run' and out comes the part. Literally 'File, ' 'Print.'"

Rumpf said there is a huge array of applications for this technology, which was developed using funding from the U.S. Army Research Laboratory at Aberdeen Proving Ground, Maryland, and the Air Force Research Laboratory at Wright-Patterson Air Force Base, Ohio. With the ability to build circuits into any shape or surface, electronics can be built into anything with virtually no added size or weight.

"We can make circuits in any form or fashion, " Rumpf said. "You could put circuits in munitions, in eyeglasses, in shoes, and even in coffee mugs. You can be at a restaurant drinking coffee and, when the liquid gets down to a certain level the server gets notified before you have to say anything. It's about making electronics ubiquitous in many different things."

He added that another aspect of this innovation will be the ability for small businesses that can buy a 3-D printer to become electronics manufacturers with the ability to produce products where each is customized.

"No futuro, I don't think you will see places, such as major electronics manufacturing companies, churning out billions of things and dominating the market nearly as often, " Rumpf said. "Instead, you may have thousands of small businesses in the U.S. churning out thousands of products, both mass-produced and customized. Our 3-D circuit technology may be the first step to change the paradigm of circuit manufacturing. And it may enable us to exploit and incorporate new physics in traditional planar (2-D) circuitry.

For the EM Lab graduate researchers, the effort provided real-world experience in the development of a technology that holds great promise to revolutionize manufacturing of circuits. It is something they credit with spurring them to continue their academic careers past their undergraduate journeys. Their breakthrough also offers the opportunity that a business could be incubated in El Paso to commercialize the EM Lab's multiple achievements, something that would keep them closer to home.

"I want to stay here in El Paso, " Carranza said. "My whole life is here. I didn't think UTEP had anything like this. I expected to graduate then go somewhere else. I never thought I was going to be doing research that could literally change the world until I stumbled upon the EM Lab." Valle echoed those views. "Four years ago, if you asked me if I wanted to get a Ph.D., I would have said, 'no, '" Valle said. "Now, I'm close to getting it. I never considered that UTEP had such incredible opportunities for research like what is happening in the EM Lab."

Rumpf said there is something about his student researchers that elevates the level of work that can be conducted at the EM Lab.

"What we do is extremely difficult and high-risk, " Rumpf said. "EM Lab students spend years just developing the tools they need to do their research. They know when they start their research, they're probably going to fail many times, because we are pushing ourselves that far. The type of person willing to take on this daunting level of risk and challenge is what UTEP and El Paso have to offer. It's a personal philosophy, and I don't think we could have accomplished this any other place but here."