Uma estrutura 3D semelhante à da Torre Eiffel impressa usando o método do pesquisador. Crédito:Hensleigh et al
As técnicas de impressão tridimensional podem ser potencialmente usadas para fabricar uma variedade de objetos com geometrias complexas, incluindo componentes eletrônicos. A maioria das abordagens de impressão 3-D desenvolvidas até agora, Contudo, simplesmente provaram ser eficazes para a produção de materiais não funcionais, como impressão de estruturas mais sofisticadas, incluindo dispositivos eletrônicos, exigiria várias etapas de produção e procedimentos mais exigentes.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Los Angeles, Virginia Tech, e o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea desenvolveram recentemente uma nova abordagem de impressão 3-D para produzir dispositivos eletrônicos feitos de materiais diferentes. A abordagem deles, apresentado em um artigo publicado em Nature Electronics , permite a impressão 3D de estruturas eletrônicas complexas em uma única etapa.
"Dispositivos eletrônicos atuais, incluindo circuitos integrados, antenas e sensores, são limitados a padrões de planejador 2-D, "Xiaoyu Zheng, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Há, Contudo, uma demanda crescente por dispositivos ou circuitos 3D não planos, matrizes de sensores e antenas em superfícies curvas, ou embalado em arquiteturas e formas 3-D complexas. Contudo, nenhum método existente pode conseguir isso com eficiência. "
A maioria das abordagens de impressão 3-D existentes usa um processo conhecido como 'jato de aerossol' e / ou técnicas de escrita direta. Esses métodos geralmente envolvem várias etapas de impressão, procedimentos de incorporação e formulações de tinta complexas.
Uma estrutura 3D baseada em giroideira impressa usando o método dos pesquisadores. Crédito:Hensleigh et al.
Em alguns casos, eles também exigem a integração de vários métodos de impressão, que prolonga consideravelmente o tempo de fabricação. Como resultado, essas técnicas estão longe de ser ideais para a produção em alta velocidade de eletrônicos funcionais e estruturas 3-D complexas.
Zheng e seus colegas desenvolveram uma abordagem que poderia superar as limitações dessas técnicas de impressão 3-D desenvolvidas anteriormente. Seu método deposita volumetricamente vários materiais funcionais dentro de layouts 3-D arbitrários, criação de dispositivos eletrônicos em uma única etapa de impressão.
"Relatamos uma estratégia para criar rapidamente dispositivos eletrônicos multimateriais arbitrários, controlando seletivamente a localização e o tipo de cargas de superfície em um objeto impresso 3-D, que pode então ser usado para depositar materiais funcionais com base na atração eletrostática localizada, "Zheng disse." Contatos metálicos podem ser depositados seletivamente em locais predefinidos, criar circuitos eletrônicos e eletrodos com tamanhos de recursos abaixo de 10 μm e taxas de 26, 000 mm 2 h – 1 - muitas vezes mais rápido do que outras metodologias, como impressão multi-processo (11 mm 2 h -1 ), escrita a tinta (113 mm 2 h -1 ) ou impressão a jato de aerossol (5, 600 mm 2 h -1 ). "
A nova técnica de impressão 3-D introduzida por Zheng e seus colegas imprime dispositivos ou materiais compostos de arranjos dielétricos / condutores 3-D e padrões de circuito exclusivos. Além disso, pode ser facilmente adaptado para produzir uma variedade de topologias e arquiteturas 3-D, e poderia, assim, permitir a fabricação em larga escala de arranjos de antenas para comunicações 5G, próteses e sondas neuronais.
Uma antena impressa usando o método dos pesquisadores. Crédito:Hensleigh et al.
Para demonstrar a eficácia de seu método, os pesquisadores usaram para imprimir pontas de dedos artificiais para detecção tátil e detecção de forma, alcançando resultados altamente promissores. No futuro, sua abordagem pode facilitar a produção automatizada de compactos, dispositivos eletrônicos multimateriais em um curto período de tempo.
"Agora planejamos expandir o volume de construção do nosso método enquanto reduzimos os tamanhos dos recursos, e incorporar condução múltipla, materiais dielétricos e funcionais para o sistema, "Zheng disse." Também estamos trabalhando com colaboradores industriais em materiais inteligentes, sensores e dispositivos all-in-one. Uma das principais áreas em que estamos nos concentrando é a fabricação de conjuntos de antenas para comunicações de RF. "
© 2020 Science X Network
