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   1天前

中國(guó)大連大學(xué)的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)了一種3D打印方法，可以改變?nèi)嵝噪娐返闹圃旆绞健＠靡环N稱(chēng)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(dǎo)電結(jié)構(gòu)。通過(guò)稍微改變視角，他們?cè)O(shè)計(jì)出了復(fù)雜的3D互連，而無(wú)需借助昂貴或無(wú)法擴(kuò)展的流程。

對(duì)于不熟悉該主題的人來(lái)說(shuō)，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是電流在電路中流動(dòng)的路徑。目前，這些“路徑”的3D打印是基于通過(guò)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?yàn)閷?dǎo)電線(xiàn)的粗細(xì)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(xiàng)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(lái)源：Li,Y.,Wang,D.,Feng,Y.等）

與直接擠壓導(dǎo)電結(jié)構(gòu)（將導(dǎo)電材料推過(guò)針頭并沉積到基板上）不同，中國(guó)團(tuán)隊(duì)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(shí)，將細(xì)絲從基底（支撐物）拉伸出來(lái)。這種視角的改變使得能夠創(chuàng)造出比針頭本身直徑更細(xì)的線(xiàn)，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(guò)溫度、速度和壓力更精確地調(diào)整厚度，而不會(huì)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(jìn)行了測(cè)試。為了使該過(guò)程順利進(jìn)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(fù)合溶劑。通過(guò)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(huì)在打印過(guò)程中坍塌。經(jīng)過(guò)這一過(guò)程后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理，以提高導(dǎo)電性。

左邊是流體繪畫(huà)技法。右圖為使用該技術(shù)進(jìn)行3D打印的步驟（照片來(lái)源：Li,Y.、Wang,D.、Feng,Y.等）

這種方法不僅僅是實(shí)驗(yàn)室里的好奇心。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(shí)用性。在所有這些情況下，3D打印結(jié)構(gòu)取代或補(bǔ)充了傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了更緊湊的設(shè)計(jì)。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(shè)備、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備或其他具有復(fù)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