Dzięki firmom takim jak: Nano Dimension, Voxel8, czy BotFactory, które trzęsą przemysłem druku 3D, wyprodukowanie urządzeń elektronicznych bezpośrednio na platformie naszych drukarek 3D wydaje się bardzo prawdopodobne. Niestety, proces produkcji elektroniki przenośnej oraz innych produktów bazujących na obwodach, jest związany z wysokimi kosztami i sporym nakładem pracy. Drzemiący w nich potencjał, już wkrótce może ujrzeć światło dzienne, dzięki badaczom z prestiżowego Harvard University, którzy pracują nad procesem, mogącym zmienić druk 3D. Łączy on w sobie właściwości technologii 3D opierających się o natryskiwanie i pracę lasera. Hybryda ta pozwala na wytworzenie metalowych drutów o dużej przewodności.
Proces składa się z dwóch etapów – pierwszy przypomina metody stosowane w standardowych drukarkach 3D bazujących na rozwiązaniu inkjet, gdzie materiałem są srebrne nanocząsteczki wytryskiwane ze szklanej głowicy. Materiał ten jest niemal natychmiast hartowany przez wiązkę lasera, co zwiększa gęstość nanocząteczek i następnie przekształca go w błyszczący, srebrny drut. Naukowcy z Harvardu zaprezentowali szereg tego typu drutów, w różnorodnych rozdzielczościach – od tych niewyobrażalnie małych, aż po 20µm.
Badacze są w stanie wytworzyć druty o strukturze, która pozwala na ułożenie ich równolegle do osi lasera umieszczonego w głowicy. Dzięki umieszczeniu lasera hartującego blisko głowicy, możliwy jest również wydruk elementów o ostrej strukturze. Symulacje komputerowe pozwoliły na wydruk drutów, o wyjątkowych właściwościach mechanicznych.
Zespół z Harvardu po przeprowadzeniu pierwszych pomyślnych testów zdecydował się na wprowadzenie szeregu optymalizacji tego procesu. Symulacje komputerowe pokazały, że możliwe jest wytworzenie drutów o trzech różnych opornościach, w zależności od ustawień lasera.
Zespół postanowił również przetestować wydruk drutów na substratach polimerowych takich jak PET (politereftalan etylenu), używając do tego submikronowych srebrnych drutów, które cechowała wyjątkowa transparentność. Co można wyprodukować dzięki tej hybrydowej technologii?
Cóż, grupa badawcza zaprezentowała wydrukowane w 3D spiralne druty, które wykazały dużą elastycznością w czasie testów rozciągliwości i kompresji. Wydrukowała również spiralne macierze, przypominające anteny używane w licznych aplikacjach elektronicznych, służących do szerokopasmowej komunikacji oraz monitorowania spektrum częstotliwości. Jednym z zabawnych efektów ich pracy są motylki z drutów…
Badania zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences Journal. Pokazują one potencjał drutów o dużej przewodności i skomplikowanych strukturach. Mogą być przełomem w produkcji elektroniki konsumenckiej. Najprawdopodobniej, już wkrótce będą wytwarzane na licencji firmy Voxel8, której współzałożycielką jest Jennifer A. Lewis, biorąca również udział w projekcie.
