بهبود فرایند چاپ مدارهای الکترونیک 3 بعدی

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ مهندسان دانشگاه کالیفرنیا لوس‌آنجلس (UCLA) به تازگی یک روش چاپ 3 بعدی سریع‌تر و ساده‌تر را برای ساختن لوازم الکترونیکی به وجود آورده‌اند که مدت زمان تولید را از چندین ساعت به چند دقیقه کاهش می‌دهد. این روش امکان چاپ مدارهای الکتریکی به شکل‌های پیچیده و در حجم‌های مختلف را فراهم می‌کند. از این دستاورد می‌توان برای تولید انواع آنتن، پروتز، حسگر و روبات بهره گرفت.

بسیاری از مدارهای الکترونیکی امروزی مانند تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها از مدارها و اجزا الکترونیکی تخت و دو بعدی بهره می‌گیرند. این در حالی است که مدارهای 3 بعدی امکان ایجاد منحنی‌ها و اشکالی را فراهم می‌آورند که در ابعاد و فضای نهایی دستگاه صرفه‌جویی می‌کند. به علاوه شکل‌های پیچیده را تنها می‌توان با چاپگرهای 3 بعدی به وجود آورد که در نهایت به بهبود عملکرد محصول می‌انجامد. برای مثال می‌توان به تقویت سیگنال آنتن‌ها اشاره کرد.

در روش‌های مورد استفاده چاپ 3 بعدی مدارهای الکترونیک امروزی از جوهرهای چندلایه و رسانا استفاده می‌شود. به همین دلیل تولید به این روش ممکن است در بهترین حالت چندین ساعت به طول بینجامد. در حالی که برای ساخت قطعات بزرگ‌تر چند به چند روز زمان نیاز پیدا می‌شود. به علاوه چاپگرهای 3 بعدی فعلی تنها امکان تولید شکل‌های ساده را دارند.

محققان دانشگاه کالیفرنیا برای رفع مشکل بالا یک روش 2 مرحله‌ای به وجود آوردند که مدت‌زمان چاپ مدارهای 3 بعدی را به چند دقیقه کاهش می‌دهد. آن‌ها برای این کار ابتدا از یک چاپگر 3 بعدی نوری استفاده کردند تا بتوانند شکل‌های 3 بعدی را به واسطه بارهای الکترونیک از پیش برنامه‌ریزی شده به وجود آورند.

در مرحله بعد محققان قطعات چاپ شده را درون محلول‌هایی حاوی مس فرو بردند. تنها در عرض چند ثانیه مواد موجود در محلول شروع به حرکت و چسبیدن به شکل طراحی شده کردند. این رویکرد نه‌تنها بسیار سریع‌تر است؛ بلکه امکان تولید شکل‌های پیچیده و پر جزئیاتی را حتی در ابعاد چند 10 میلی‌متر فراهم می‌کند.

شیائو رین ژانگ (Xiaoyu "Rayne" Zheng)، یکی از پژوهشگران ارشد تحقیقات بالا گفت:

روش ما بسیار سریع‌تر و ساده‌تر بوده، فرصت‌های جدیدی را تولید نسل بعدی از اشیا الکترونیک 3 بعدی مانند لامپ‌ها، آنتن‌های قدرتمندتر، تلفن‌های هوشمند و ارتباطات 5G فراهم می‌آورد.

از دستاورد بالا می‌توان برای تولید حسگرهای لمسی، روبات‌های نرم و بسیاری موارد دیگر نیز بهره گرفت.

شیوه جذب مواد موجود در محلول و چسبیدن آن‌ها به ساختار 3 بعدی موردنظر، مشابه با کشیدن بادکنک به موی سر است تا بتوان آن را به دیوار چسباند.

رایان هنسلیگ (Ryan Hensleigh)، یکی دیگر از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا شرح داد:

تصور کنید دارای یک شبکه خالی مربعی شکل هستید و می‌توانید آن‌ها را با قطعات سیاه، خاکستری و سفید پرکنید. این همان روشی است که ما برای هدایت الکترودها به کار گرفتیم. پیکسل به پیکسل ما یک شی را با موادی با بار مثبت، منفی و خنثی پر کردیم.

محققان برای نمایش توانایی دستاورد خود، چندین دستگاه مختلف مانند یک انگشت مصنوعی ایجاد کردند. این انگشت می‌توانست نقاط فشار را درک کرده، شکل‌ها را تشخیص بدهد. آن‌ها همچنین یک مدار الکتریکی با ارتفاعی حدود 5 سانتیمتر به شکل برج ایفل درست کردند که جریان الکتریکی در آن وجود داشت. هدف از این کار به نمایش گذاشتن توانایی تولید پیچیده‌ترین شکل‌های ممکن برای مدارها است.

ژانگ همچنین اظهار کرد در محصول نهایی می‌توان از موارد مختلفی مانند مواد مغناطیسی، نیمه‌رسانا، سرامیک و پیزوالکتروک نیز استفاده کرد که در هنگام فشار بار الکتریکی به وجود می‌آورد. همچنین امکان استفاده از نانولوله‌های کربنی در این روش نیز وجود دارد.