金屬電路3D打印機(jī)

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員劉靜帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，首次研制出紙上直接生成電子電路的技術(shù)，并做出了桌面式3D自動打印原型樣機(jī)。經(jīng)測試，導(dǎo)電性、可靠性良好，特別復(fù)雜的電路或電子元器件也可以打出來；而打 ...近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員劉靜帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，首次研制出紙上直接生成電子電路的技術(shù)，并做出了桌面式3D自動打印原型樣機(jī)。經(jīng)測試，導(dǎo)電性、可靠性良好，特別復(fù)雜的電路或電子元器件也可以打出來；而打印一張A4紙大小的紙基電路板，目前只需要十幾分鐘。“墨水”就是液態(tài)金屬，電路直接打印在紙上紙上“打印”電子電路，得益于室溫狀態(tài)下液態(tài)金屬直接印刷電子方法的突破。劉靜介紹，常規(guī)的電路板制造工序通常較為耗時、耗材、耗能，而印刷電子方法就像印刷文字一樣，直接在基板上形成能導(dǎo)電的線路和圖案，能將傳統(tǒng)的7至8道工序縮短至3至4道，快速靈活。但這種方法受到“墨水”的束縛。為了讓印上去的“墨水”導(dǎo)電，常常需要采用導(dǎo)電聚合物或添加納米顆粒材料并通過高溫固化或特定化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)。液態(tài)金屬印刷電子方法則將印刷電子向前推進(jìn)了一大步，它的基本觀念在于：“墨水”就是液態(tài)金屬，打出來就能成為電路。傳統(tǒng)工藝下，電子工程師若需更改電路板，需用化學(xué)藥水做處理，經(jīng)過刻蝕等步驟才能形成自己的設(shè)計。而新的液態(tài)金屬打印方法，讓漫長的設(shè)計過程變得唾手可得。劉靜介紹，他們已經(jīng)在紙上打印出各種相對簡單的電子電路，測試后導(dǎo)電性、可靠性良好。
理論上，特別復(fù)雜的電路或電子元器件也可以打出來。據(jù)了解，打印一張A4紙大小的紙基電路板，目前只需要十幾分鐘，但對復(fù)雜電路圖案，時間可能會長一些。劉靜表示，相比于常用的塑料基底，紙張具有成本低、便攜、易降解、折疊，回收利用方便等特點，是一種綠化、環(huán)保、價廉的電路材料。新方法將顯著擴(kuò)展3d打印的應(yīng)用范圍印刷電子的實現(xiàn)前提是“墨水”應(yīng)具備流動性。為尋找室溫下直接生產(chǎn)電子電路的方法，劉靜團(tuán)隊通過對液態(tài)金屬輸送機(jī)理的深入剖析，終于攻克了這一難題。值得一提的是，研究團(tuán)隊還實現(xiàn)了3D機(jī)電復(fù)合系統(tǒng)的直接打印。這意味著，新方法不但可以打印平面電路，還能完成立體復(fù)雜電路及其支撐件的直接生成�！爱�(dāng)前的3D打印大多只能打印模型自身，還不能打出包含電子功能在內(nèi)的器件�！眲㈧o說，液態(tài)金屬印刷電子方法將顯著擴(kuò)展3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。紙張代替塑料、直接打印取代集成生產(chǎn)，雖然離現(xiàn)實還很遠(yuǎn)，但劉靜更看重的，是這一理念背后蘊(yùn)含的未來電子器件個性化制造的可能性。專家認(rèn)為，這一技術(shù)有望改變傳統(tǒng)電子電路制造規(guī)則。個性化的電路設(shè)計方法，使其在電子工程、個性化電子元件設(shè)計和制造加工、創(chuàng)意設(shè)計等方面有較大的應(yīng)用空間。劉靜認(rèn)為，這一技術(shù)還有望占領(lǐng)電子紙市場一展拳腳。據(jù)總部設(shè)在英國劍橋的市場研究咨詢公司IDTechEx預(yù)測，2013年電子紙市場估計約160億美元，這一數(shù)字在2023年將增長至近770億美元。未來電子制造業(yè)可能不在工廠里，而是在辦公室或家里，這是劉靜勾畫出的未來圖景�！凹垙埬茏鳛殡娮釉�件的集成載體，意義很大�！眲㈧o認(rèn)為，目前紙張載體還存在吸水、強(qiáng)度不足等弱點，但潛力很大，隨著技術(shù)完善，將開發(fā)出更多種類適合打印電路的紙張，也能促成更多應(yīng)用。當(dāng)前，大規(guī)模的集成電路生產(chǎn)方式仍是主流，技術(shù)成熟，有規(guī)模成本優(yōu)勢�；�于液態(tài)金屬印刷電子方法，要實現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)用還有很大距離。第一，便是對金屬“墨水”劑量的控制。此外，液態(tài)金屬的種類很有限，而要實現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計，得依賴多種“墨水”交互自動化使用。在硬件發(fā)展方面，還需提高打印設(shè)備的自動化水平，只有研發(fā)出適用面廣、成本適中的桌面自動打印系統(tǒng)，才能真正進(jìn)入“尋常百姓家”。第二，足夠豐富的應(yīng)用程序和軟件也是推廣的重要前提。劉靜希望，今后有更多的科研人員參與研發(fā)相關(guān)應(yīng)用，以確保即便沒有電子設(shè)計經(jīng)驗的人士也能借助預(yù)設(shè)于計算機(jī)中的控制軟件，打印出電子賀卡、顯示器、廣告牌、機(jī)器人乃至光伏電池陣列等電子產(chǎn)品。雖然困難重重，但正如業(yè)界評價的那樣：這意味著打開了極為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域乃至通過家用打印機(jī)制造電子器件的大門。加速3D打印升級和電子工業(yè)革新3D打印是當(dāng)前世界范圍內(nèi)的前沿?zé)狳c，但已有方法大多只能實現(xiàn)模型自身的打印，尚不易完成包含電子功能在內(nèi)的器件制造需求。因此，室溫狀態(tài)液態(tài)金屬直接印刷電子方法為此帶來了新希望。新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，家用打印機(jī)制造電子器件的大門由此打開，有望催生出一系列超越傳統(tǒng)理念的電子工程學(xué)及3D機(jī)電打印技術(shù)，從而加快電子工業(yè)和制造業(yè)革新的步伐。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，液態(tài)金屬直接印刷電子電路的技術(shù)，為電子元器件的個性化制造創(chuàng)造了條件，可能會影響到未來電子技術(shù)的發(fā)展模式。個性化的電路設(shè)計方法，將使該技術(shù)在電子工程、個性化電子元件設(shè)計和制造加工、創(chuàng)意設(shè)計等方面有較大的應(yīng)用空間，促進(jìn)DIY電子的普及�？梢灶A(yù)見的是，隨著打印系統(tǒng)成本的逐步降低，未來即便沒有電子設(shè)計經(jīng)驗的人士也能借助預(yù)設(shè)于計算機(jī)中的控制軟件，打印出自己所需要的終端電子器件乃至組裝出機(jī)電系統(tǒng)，如電子賀卡、紙上集成電路、顯示器、廣告牌、智能織物、機(jī)器人，乃至光伏電池陣列等。另外，這一技術(shù)還有望顯著推升電子紙市場的發(fā)展空間。據(jù)市場研究咨詢公司IDTechEx預(yù)測，2013年電子紙市場估計約160億美元，這一數(shù)字在2023年將增長至近770億美元。

這個不錯啊。。。