拉伸而非擠壓，一種柔性電路的3D打印技術(shù)

魔猴君  科技前沿   12天前

中國大連大學的一個研究小組開發(fā)了一種3D打印方法，可以改變?nèi)嵝噪娐返闹圃旆绞?。利用一種稱為流體拉伸打印的技術(shù)，他們能夠創(chuàng)建高度精確的3D導電結(jié)構(gòu)。通過稍微改變視角，他們設計出了復雜的3D互連，而無需借助昂貴或無法擴展的流程。

對于不熟悉該主題的人來說，導電結(jié)構(gòu)是電流在電路中流動的路徑。目前，這些“路徑”的3D打印是基于通過不同尺寸的針頭直接擠壓。據(jù)研究人員介紹，這種方法大大限制了分辨率，因為導電線的粗細通常由針的內(nèi)徑?jīng)Q定。他們的建議是繪制結(jié)構(gòu)而不是擠壓結(jié)構(gòu)。有什么區(qū)別？這項新技術(shù)如何發(fā)揮作用？

采用流體拉伸打印技術(shù)打印的多諧振蕩器電路（照片來源：Li,Y.,Wang,D.,Feng,Y.等）

與直接擠壓導電結(jié)構(gòu)（將導電材料推過針頭并沉積到基板上）不同，中國團隊提出的技術(shù)采用了不同的原理。流體拉伸打印技術(shù)利用材料中的張力，在抬起針頭的同時，將細絲從基底（支撐物）拉伸出來。這種視角的改變使得能夠創(chuàng)造出比針頭本身直徑更細的線，從而提高分辨率和控制力。雖然擠出受到噴嘴的限制，并且取決于壓力和粘度之間的平衡，但新技術(shù)可以通過溫度、速度和壓力更精確地調(diào)整厚度，而不會影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

該技術(shù)已使用銀納米粒子（AgNP）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）進行了測試。為了使該過程順利進行，油墨必須具有特定的粘度。因此，研究人員在25至100°C的溫度下蒸發(fā)了復合溶劑。通過以可控的方式增加粘度，墨水成為“繪制”結(jié)構(gòu)的理想材料，而不會在打印過程中坍塌。經(jīng)過這一過程后，對結(jié)構(gòu)進行熱處理，以提高導電性。

左邊是流體繪畫技法。右圖為使用該技術(shù)進行3D打印的步驟（照片來源：Li,Y.、Wang,D.、Feng,Y.等）

這種方法不僅僅是實驗室里的好奇心。該團隊通過制造功能電路（包括發(fā)光二極管、熱成像顯示器和多諧振蕩器電路）證明了其實用性。在所有這些情況下，3D打印結(jié)構(gòu)取代或補充了傳統(tǒng)的平面設計，從而實現(xiàn)了更緊湊的設計。該技術(shù)與不同的柔性基板兼容，即構(gòu)建電路或電子結(jié)構(gòu)的物理支撐。這使其成為制造可穿戴設備、生物醫(yī)學設備或其他具有復雜幾何形狀的系統(tǒng)的一種選擇。該研究發(fā)表在《微系統(tǒng)與納米工程》雜志五月刊上。

編譯整理：3dnatives