Печать туманом в воздухе: учёные научились наносить схемы на изогнутые 3D-поверхности

Новая технология печати позволяет наносить электронные схемы непосредственно на изогнутые и трехмерные поверхности, открывая путь к созданию датчиков и другой электроники, которую невозможно изготовить с помощью обычных плоских производственных процессов.

В отличие от обычного струйного принтера, аэрозольная струйная печать превращает жидкие чернила в мелкий туман. Поток газа проносит аэрозоль через сопло, благодаря чему система может печатать узоры размером от 10 до 100 микрон. Теперь исследователи объединяют этот процесс печати с робототехникой, программным обеспечением и мониторингом в режиме реального времени, чтобы контролировать нанесение схем на изогнутые поверхности.

Печать схем на изогнутых поверхностях

В одной из систем команды аэрозольный струйный принтер установлен на роботизированной руке с несколькими степенями свободы. Такая конструкция позволяет соплу перемещаться по поверхностям, которые не являются плоскими, но в то же время создает новые проблемы с позиционированием и планированием движений. Цель состоит в том, чтобы сделать процесс достаточно точным для создания надёжных электронных схем на сложных трёхмерных формах.

Потенциальные сферы применения охватывают энергетику, медицину, производство, аэрокосмическую отрасль, связь и безопасность. Надежность также зависит от того, сможет ли печатная электроника продолжать работать после изготовления. Компания «Секор» изучает новые материалы для чернил, рассчитанные на работу в экстремальных условиях, в частности при температурных колебаниях, характерных для космоса.

Создание более долговечной печатной электроники

Исследование получило поддержку благодаря недавнему гранту от Национального научного фонда США. Команда особенно заинтересована в изучении неисправностей, возникающих в местах соединения полупроводников на основе кремния с более крупными электронными схемами.

NASA также поддерживает усилия по коммерциализации этой технологии. Компания Contour Circuits, основанная Секором и его бывшим аспирантом Джереми Рарупом, получила контракт Small Business Technology Transfer на сумму 150 000 долларов для дальнейшего развития технологии. Компания ведет свою деятельность в Roy J. Carver Co-Laboratory на территории кампуса Университета штата Айова.

Команда также изучает способы печати нескольких материалов в рамках одного процесса нанесения. Секор сравнивает эту концепцию с переходом от черно-белой печати к оттенкам серого, когда состав печатного материала можно изменять на различных участках поверхности. Это может предоставить инженерам больше контроля над электрическими и физическими свойствами печатных компонентов.

От чернил до готового оборудования

Интерес Секора к печатной электронике возник во время обучения в аспирантуре Северо-Западного университета, где он сначала работал с графеновыми чернилами. Впоследствии его исследования расширились до гибкой электроники, электроники на основе жидких металлов, микросуперконденсаторов и литий-ионных аккумуляторов. В конце концов, он начал создавать и модифицировать полиграфическое оборудование, а не полагаться исключительно на готовые коммерческие системы.

В дальнейшем команда планирует сосредоточиться на практическом применении технологии, в частности в области электроники, которая имеет работать непосредственно на сложных поверхностях и в условиях, когда традиционные методы производства имеют ограничения.

Источник: Interesting Engineering