Una estructura en 3D similar a la Torre Eiffel impresa con el método del investigador. Crédito:Hensleigh et al.
Las técnicas de impresión tridimensional podrían potencialmente usarse para fabricar una variedad de objetos con geometrías complejas, incluidos los componentes electrónicos. La mayoría de los enfoques de impresión 3D desarrollados hasta ahora, sin embargo, simplemente han demostrado ser eficaces para producir materiales no funcionales, como imprimir estructuras más sofisticadas, incluidos los dispositivos electrónicos, requeriría varias etapas de producción y procedimientos más exigentes.
Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles, Virginia Tech, y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea han ideado recientemente un nuevo enfoque de impresión en 3-D para producir dispositivos electrónicos hechos de diferentes materiales. Su enfoque presentado en un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza , permite la impresión 3D de estructuras electrónicas complejas en un solo paso.
"Dispositivos electrónicos actuales, incluidos los circuitos integrados, antenas y sensores, están limitados a patrones de planificador 2-D, "Xiaoyu Zheng, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Hay, sin embargo, una demanda creciente de dispositivos o circuitos 3-D no planos, matrices de sensores y antenas en superficies curvas, o empaquetados en arquitecturas y formas tridimensionales complejas. Sin embargo, ningún método existente puede lograr esto de manera eficiente ".
La mayoría de los enfoques de impresión 3D existentes utilizan un proceso conocido como "inyección de aerosol" y / o técnicas de escritura directa. Estos métodos generalmente implican varios pasos de impresión, procedimientos de incrustación y formulaciones de tinta intrincadas.
Una estructura 3D basada en giroscopios impresa utilizando el método de los investigadores. Crédito:Hensleigh et al.
En algunos casos, también requieren la integración de múltiples métodos de impresión, lo que prolonga considerablemente los tiempos de fabricación. Como resultado, estas técnicas están lejos de ser ideales para la producción a alta velocidad de electrónica funcional y estructuras tridimensionales complejas.
Zheng y sus colegas idearon un enfoque que podría superar las limitaciones de estas técnicas de impresión 3D desarrolladas previamente. Su método deposita volumétricamente varios materiales funcionales dentro de diseños tridimensionales arbitrarios, creando dispositivos electrónicos en un solo paso de impresión.
"Presentamos una estrategia para crear rápidamente dispositivos electrónicos arbitrarios de múltiples materiales mediante el control selectivo de la ubicación y el tipo de cargas superficiales en un objeto impreso en 3-D, que luego se puede utilizar para depositar materiales funcionales basados en la atracción electrostática localizada, "Dijo Zheng." Los contactos metálicos se pueden depositar selectivamente en ubicaciones predefinidas, crear circuitos electrónicos y electrodos con tamaños de características inferiores a 10 μm y a velocidades de 26, 000 mm 2 h – 1:muchas veces más rápido que otras metodologías como la impresión multiproceso (11 mm 2 h –1 ), escritura a tinta (113 mm 2 h –1 ) o impresión por chorro de aerosol (5, 600 mm 2 h –1 ). "
La nueva técnica de impresión 3-D presentada por Zheng y sus colegas imprime dispositivos o materiales compuestos de matrices dieléctricas / conductoras 3-D y patrones de circuitos únicos. Además, se puede adaptar fácilmente para producir una variedad de topologías y arquitecturas 3-D, y, por lo tanto, podría permitir la fabricación a gran escala de conjuntos de antenas para comunicaciones 5G, prótesis y sondas neuronales.
Una antena impresa con el método de los investigadores. Crédito:Hensleigh et al.
Para demostrar la efectividad de su método, los investigadores lo utilizaron para imprimir las yemas de los dedos artificiales para la detección táctil y la detección de formas, logrando resultados muy prometedores. En el futuro, su enfoque podría facilitar la producción automatizada de compactos, dispositivos electrónicos multimaterial durante un período corto de tiempo.
"Ahora planeamos expandir el volumen de compilación de nuestro método mientras reducimos el tamaño de las funciones, e incorporar conducción múltiple, materiales dieléctricos y funcionales en el sistema, ", Dijo Zheng." También estamos trabajando con colaboradores industriales en materiales inteligentes, sensores y dispositivos todo en uno. Un área importante en la que nos estamos enfocando es la fabricación de conjuntos de antenas para comunicaciones de RF ".
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