Raymond C. Rumpf, Doctor., y su equipo de EM Lab están motivados por desafíos extremos que otros pueden considerar imposibles.

El Profesor Schellenger de Investigación Eléctrica en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Texas en El Paso dirige el Laboratorio EM, un espacio dedicado a ser pioneros en alto riesgo, conceptos de alto rendimiento en tecnologías electromagnéticas y fotónicas que son posibles gracias a la impresión 3D.

"Tenemos un letrero sobre nuestro bote de basura que dice:'Pensamientos incrementales' sobre él con una flecha apuntando hacia abajo, ", Dijo Rumpf en broma." Si creemos que se puede hacer, probablemente no estemos interesados ​​".

Pero no hay nada de gracioso en los descubrimientos que se han hecho dentro de los confines del laboratorio. Desde 2010, Rumpf y su equipo de investigadores han visto fructificar varios proyectos revolucionarios, incluido el desarrollo de una superficie selectiva de frecuencia de potencia ultra alta y una de las antenas dieléctricas más delgadas del mundo. Además, el equipo ha registrado lo que probablemente sea la curva más cerrada de un rayo óptico. Sin embargo, El último avance de EM Lab es el más ambicioso y de mayor alcance hasta ahora. A principios de este año, los investigadores completaron el primer verdadero tridimensional, circuito volumétrico mediante un proceso totalmente automatizado. Es una hazaña que, según Rumpf, puede cambiar el paradigma de cómo se diseñan y fabrican los productos con funcionalidad eléctrica.

"Este es un paso muy significativo y un logro potencialmente disruptivo, ", Dijo Rumpf." Hay muchos otros grandes grupos de investigación que han estado persiguiendo esto. Es en lo que todos en este campo están trabajando y hablando, sin embargo, nadie lo ha logrado todavía. Es una especie de santo grial para los circuitos impresos 3-D, y se logró aquí en UTEP ".

La investigación sobre la tecnología de circuitos tridimensionales / volumétricos se basó en la noción de que un circuito tridimensional ofrece más libertad para hacer circuitos más pequeños, más ligero y más eficiente. La impresión 3-D permite que se fabriquen en factores de forma arbitrarios que se pueden integrar en cualquier objeto o superficie. El concepto ofrece muchas oportunidades para la industria manufacturera. Rumpf dijo que este avance reciente se produjo como resultado de años de investigación y el ensamblaje de todas las herramientas y procesos necesarios para lograrlo.

"Los últimos tres años los pasamos desarrollando herramientas CAD (diseño asistido por computadora) futuristas, para producir circuitos tridimensionales / volumétricos. Estas herramientas no existen en ningún otro lugar, "Dijo Rumpf.

Lograr estos logros requirió el trabajo de un equipo de investigadores de EM Lab:Gilbert Carranza, Ubaldo Robles, Cesar Valle y el propio Rumpf.

Carranza, un estudiante de doctorado, comenzó su investigación en el Laboratorio de EM como estudiante de último año hace dos años. Cuando Rumpf presentó el desafío de encontrar una forma de diseñar circuitos en tres dimensiones, Carranza aprovechó la oportunidad. Usó un software CAD de código abierto para integrar sus funciones personalizadas que permitieron al Laboratorio EM diseñar circuitos tridimensionales reales.

"Construí una herramienta personalizada que nos permite colocar componentes eléctricos en cualquier posición y en cualquier orientación, ", Dijo Carranza." Podemos enrutar las interconexiones eléctricas a lo largo de las tres dimensiones siguiendo caminos suaves ".

Carranza trabajó durante un año en el software para producir la primera versión.

"No pudimos ir a ningún lado más allá de eso, ", Dijo Carranza." No teníamos la herramienta necesaria para traducir mi diseño en algo que pudiera ser leído por nuestra impresora 3D ".

Entran Robles y Valle. La pareja también son estudiantes de doctorado e investigadores de EM Lab que pasan muchas horas en la sala de impresión 3D. Gran parte del último año se dedicó a intentar cerrar la brecha entre el software de Carranza y el proceso de impresión. A principios de verano, Robles completó con éxito una interfaz que podría convertir el diseño del circuito en un código que la impresora puede leer para construir el circuito en un solo paso. Desde allí, Valle y Carranza afinaron el proceso y produjeron el primer circuito tridimensional / volumétrico del mundo utilizando su proceso 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. Además de eso, 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.

"En el 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."