Друк туманом у повітрі: вчені навчилися наносити схеми на вигнуті 3D-поверхні

Нова технологія друку дозволяє наносити електронні схеми безпосередньо на вигнуті та тривимірні поверхні, відкриваючи шлях до створення датчиків та іншої електроніки, яку неможливо виготовити за допомогою звичайних плоских виробничих процесів.

На відміну від звичайного струменевого принтера, аерозольний струменевий друк перетворює рідке чорнило на дрібний туман. Потік газу переносить аерозоль через сопло, завдяки чому система може друкувати візерунки розміром від 10 до 100 мікронів. Тепер дослідники поєднують цей процес друку з робототехнікою, програмним забезпеченням і моніторингом у реальному часі, щоб контролювати нанесення схем на вигнуті поверхні.

Друк схем на вигнутих поверхнях

В одній із систем команди аерозольний струменевий принтер встановлено на роботизованій руці з кількома ступенями свободи. Така конструкція дозволяє соплу переміщатися поверхнями, які не є пласкими, але водночас створює нові проблеми з позиціонуванням і плануванням рухів. Мета полягає в тому, щоб зробити процес достатньо точним для створення надійних електронних схем на складних тривимірних формах.

Потенційні сфери застосування охоплюють енергетику, медицину, виробництво, аерокосмічну галузь, зв’язок і безпеку. Надійність також залежить від того, чи зможе друкована електроніка продовжувати працювати після виготовлення. Секор досліджує нові матеріали для чорнил, розраховані на роботу в екстремальних умовах, зокрема за температурних коливань, характерних для космосу.

Створення довговічнішої друкованої електроніки

Дослідження отримало підтримку завдяки нещодавньому гранту від Національного наукового фонду США. Команда особливо зацікавлена у вивченні несправностей, які виникають у місцях з’єднання напівпровідників на основі кремнію з більшими електронними схемами.

NASA також підтримує зусилля з комерціалізації технології. Заснована Секором і його колишнім аспірантом Джеремі Рарупом компанія Contour Circuits отримала контракт Small Business Technology Transfer на $150 000 для подальшого розвитку технології. Компанія розвиває свою роботу в Roy J. Carver Co-Laboratory на території кампусу Університету штату Айова.

Команда також вивчає способи друку кількох матеріалів у межах одного процесу нанесення. Секор порівнює цю концепцію з переходом від чорно-білого друку до відтінків сірого, коли склад надрукованого матеріалу можна змінювати на різних ділянках поверхні. Це може дати інженерам більше контролю над електричними та фізичними властивостями друкованих компонентів.

Від чорнила до готового обладнання

Інтерес Секора до друкованої електроніки виник під час навчання в аспірантурі Північно-Західного університету, де спочатку він працював із графеновими чорнилами. Згодом його дослідження розширилися до гнучкої електроніки, електроніки на основі рідких металів, мікросуперконденсаторів і літій-іонних акумуляторів. Зрештою, він почав створювати та модифікувати друкарське обладнання, а не покладатися лише на готові комерційні системи.

Надалі команда планує зосередитися на практичному застосуванні технології, зокрема для електроніки, яка має працювати безпосередньо на складних поверхнях і в умовах, де традиційні методи виробництва мають обмеження.

Джерело: Interesting Engineering