Новая техника для изготовления трехмерных цепей для продвинутой электроники
CHARM3D, разработанный исследователями из Департамента материаловедения и техники NUS, способен печатать отдельно стоящие металлические структуры без необходимости вспомогательных материалов и внешнего давления.Эта новая техника изготавливает 3D -электронные схемы быстрее и с большим уровнем детализации и точности.Кредит: Национальный университет Сингапура
В отличие от традиционно печатных плат, которые являются плоскими, 3D -схема позволяет сложить и интегрировать и интегрированные вертикально - трамически уменьшать след, необходимый для устройств.
Продвижение границ 3D-печатных цепей, команда исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) разработала современную технику, известную как ориентированную на напряжение Charm3d, для изготовления трехмерного (3D), я-Коливая электронные схемы.Эта новая техника позволяет 3D-печать отдельно стоящих металлических конструкций, не требуя вспомогательных материалов и внешнего давления.
Исследовательская группа во главе с доцентом Бенджамином Ти из Департамента материаловедения и техники в Колледже дизайна и инженерии NUS, чтобы продемонстрировать, как CHARM3D может изготовить широкий спектр электроники, что позволяет обеспечить более компактные конструкции в таких устройствах, как носимыйДатчики, беспроводные системы связи и электромагнитные метаматериалы.
Например, в здравоохранении CHARM3D облегчает разработку бесконтактных устройств мониторинга жизненно важных знаков - повышая комфорт пациентов, одновременно обеспечивая непрерывный мониторинг.В сигнальном зондировании он оптимизирует производительность 3D антенн, что приводит к улучшению систем связи, более точным медицинским изображениям и надежным приложениям безопасности.
Результаты команды были опубликованы в журнале Nature Electronics 25 июля 2024 года. Доцент профессора является соответствующим автором исследовательской работы.
3D -электронные схемы все чаще лежат в основе современной электроники, от технологии батареи до робототехники до датчиков, усиливая их функции, обеспечивая при этом дальнейшую миниатюризацию.Например, трехмерные архитектуры с их большими эффективными площадью поверхности улучшают емкость батареи и повышают чувствительность датчика.
Прямое написание чернил (DIW), многообещающая методика 3D -печати, в настоящее время используемая для изготовления трехмерных цепей, создает значительные недостатки.Суть заключается в использовании композитных чернилов, которые имеют низкую электрическую проводимость и влечет за собой вспомогательные материалы, чтобы помочь в затвердевании после печати.Черты также слишком вязкие, ограничивая скорость печати.
Введите металл Филда, эвтектический сплав индия, висмута и олова.Эвтектические сплавы растоплены и замораживают при одной температуре ниже, чем точки плавления их составляющих металлов, что приводит к привлекательному альтернативному материалу для 3D -печати.При низкой температуре плавления 62 ° C, высокой электрической проводимости и низкой токсичностью, металл поле, в отличие от композитных чернил, быстро определяется - решающая характеристика, которая позволяет процессу печати избежать опорных материалов и внешнего давления.
Используя низкую температуру плавления металла полевого металла, метод Charm3D использует натяжение между расплавленным металлом в сопло и передней кромкой печатной части, кульминацией которой является однородные, гладкие конструкции микроволновой сети с регулируемыми шириной 100-300 мкл, что примерно ширина шириныОт одной -три пряди человеческих волос.Критически, такие явления, как бисера и неровные поверхности, характерные для управляемых давлением DIW, также отсутствуют в Charm3d.
По сравнению с обычным DIW, CHARM3D предлагает более быстрые скорости печати до 100 миллиметров в секунду и более высокие разрешения, предлагая более высокий уровень детализации и точности в изготовлении цепи.Charm3d отказывается от шагов после лечения и позволяет изготовление сложных свободных трехмерных структур, таких как вертикальные буквы, кубические рамки и масштабируемые спирали.Более того, эти 3D-архитектуры демонстрируют превосходное удержание структурных способностей с возможностями самовосстановления, что означает, что они могут автоматически восстанавливаться после механического повреждения и подлежат утилизированию.
«Предлагая более быстрый и более простой подход к 3D металлической печати в качестве решения для передового производства электронных цепей, CHARM3D имеет огромное обещание для производства промышленного масштаба и широко распространенное внедрение сложных 3D-схем»,-сказал доцент.
Исследователи успешно напечатали 3D-цепь для носимых датчиков температуры без батареи, антенн для мониторинга беспроводных жизненно важных знаков и метаматериалов для манипуляции с электромагнитными волнами-преобразование разнообразия применений, включенных в соответствии с CHARM3D.
Традиционное больничное оборудование, такое как электрокардиограммы и пульсные оксимеры, требуют контакта кожи, что может вызвать дискомфорт и риск инфекций.Благодаря CHARM3D датчики без контактов могут быть интегрированы в интеллектуальную одежду и антенны, обеспечивая непрерывный, точный мониторинг здоровья в больницах, услуги по вспомогательной жизни или домашние условия.
Кроме того, массивы трехмерных антенн или электромагнитных метаматериальных датчиков - с помощью CHARM3D - могут оптимизировать применение сигнала и обработки.Это приводит к улучшению соотношений сигнал / шум и более высокой пропускной способности.Техника открывает возможность создания специализированных антенн для целенаправленной связи, обеспечивая более точную медицинскую визуализацию, такую как микроволновая визуализация молочной железы для раннего обнаружения опухоли, а также передовые приложения безопасности, такие как обнаружение скрытых устройств или контрабанда, эмидические специфические электромагнитные сигнатуры.
Другими сотрудниками в этой работе являются доктор Чжуанджян Лю из Агентства по науке, технологиям и исследованиям высокопроизводительных вычислителей и профессора Майкла Дики из департамента химической и биомолекулярной инженерии государственного университета штата Северная Каролина.
Исследовательская группа предполагает, что этот метод может быть распространен на другие виды металлов и структурных применений.Команда также ищет возможности для коммерциализации этого уникального подхода к печати металла.
More information: Shaohua Ling et al, Tension-driven three-dimensional printing of free-standing Field’s metal structures, Nature Electronics (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01207-y
Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.