Home 3D-Drucker kombinierte 3D-Druckmethode zum Erstellen einer dehnbaren Elektronik

kombinierte 3D-Druckmethode zum Erstellen einer dehnbaren Elektronik

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Dehnbare Elektronik hat ein großes Potenzial für Anwendungen in tragbaren Geräten, Soft Robotics, künstlicher Haut und mehr. Um dehnbare Elektronik zu erzeugen, ist der 3D-Druck eine schnelle, genaue Technologie, die Schaltkreise und Strukturen aus flüssigem Metall herstellen kann. Kürzlich haben sich Forscher mit dehnbarer Elektronik auf der Basis von Ga-based liquid metals (GLMs) beschäftigt, bei denen es sich um ungiftige Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität handelt. Aufgrund ihrer hohen Oberflächenspannung sind GLM jedoch schwierig direkt zu drucken. In einer Arbeit mit dem Titel „Three-Dimensional Coprinting of Liquid Metals for Directly Fabricating Stretchable Electronics“ entwickelt eine Gruppe von Forschern ein Coprinting-Verfahren, bei dem GLMs zusammen mit elastischen Materialien gedruckt werden, um ihre schlechte Druckbarkeit zu überwinden.

Die Forscher verwendeten eine koaxiale Düse für den Prozess; die äußere Düse wurde zum Extrudieren eines flexiblen Silikonmaterials verwendet, während die innere Düse das flüssige Metall extrudierte.

„Das Prinzip dieser Methode besteht darin, dass der kontinuierliche Kontakt und die Extrusion des externen hochviskosen Härtungsdichtmittels mit seinem inneren flüssigen Metall das Aufquellen von flüssigem Metall hemmt, das kontinuierliche Ausströmen von flüssigem Metall gewährleistet und den Flüssigmetall-3D-Druck erfolgreich erreicht“, Forscher erklären. „Gleichzeitig spielt das flexible Silikonmaterial eine wichtige Rolle bei der Isolierung der Luft, verhindert die Verschlechterung der Eigenschaften des flüssigen Metalls und ist ein flexibles Einkapselungsmaterial für flexible Schaltungen. Geeignete Prozessparameter werden ausgewählt, um einen erfolgreichen Druckprozess sicherzustellen. Im Vergleich zu anderen Methoden kann diese Methode verwendet werden, um schnell gewünschte Strukturen mit einem programmierten Pfad zu drucken.“

Die Kernkomponenten des Systems waren ein Desktop-3D-Drucker, die Koaxialdüse und Einspritzpumpen.

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Ausrüstung und Produkte: (A) ein Koaxialdüsen-unterstütztes dehnbares Elektronik-3D-Drucksystem; (B) koaxiales Düsen- und Zufuhrschema; (C.I) Schaltung mit negativer Poisson-Verhältnis-Struktur; (C.II-C.IV) Schaltung unter verschiedenen Dehnungsgraden; (D.I) streckbare Antenne; (D.II) neuer Typ Röhrenheizkörper; (D.III) dehnbare Drahtanordnung; (D.IV) dehnbare 3D-Schaltung. 3D, dreidimensional; GLMs, Ga-basierte Flüssigmetalle.

„Um die dehnbare Elektronik herzustellen, haben wir die folgenden Schritte durchgeführt“, so die Forscher weiter. Zuerst extrudierten die Injektionspumpen GLMs in die innere stumpfe Spritzennadel der Düse mit einer geeigneten Flussrate Q1 (über 0,25-0,75 ml/s) und extrudierten das Härtungsdichtmittel in den äußeren Hohlraum der Düse mit einer Flussrate Q2 ( über 2-4 μL/min), um die Koaxialfaser herzustellen. Dann wurde der G-Code in den Computer eingegeben, um die XY-Stufen des Desktop-3D-Druckers zum Drucken der gewünschten elektronischen Schaltung zu steuern. Darüber hinaus kann die motorisierte Z-Stufe mit den XY-Stufen arbeiten, um die planare elektronische Schaltung in eine 3D-Struktur zu stapeln. Darüber hinaus können mit dem motorisierten Z-Stufe weitere Hilfseinrichtungen für den Bau spezieller 3D-Strukturen installiert werden.“

Die Forscher verwendeten ihre Technik, um einen Spiralspuleninduktor in 3D zu drucken. Sie klebten dann beide Enden des Induktors auf den Endeffektor eines Endoskops, um die räumliche Bewegung des Endoskops zu messen. Wenn der Griff gedreht wurde, änderte sich die Induktivität des Sensors regelmäßig. Darüber hinaus war das induktive Ansprechverhalten des Sensors sehr empfindlich, was zeigt, dass der Sensor eine gute dynamische Reaktion aufweist und dazu verwendet werden kann, den Leerhub der endoskopischen Überwachung zu beurteilen.

Das Problem beim Drucken von flüssigem Metall besteht darin, dass es sich beim Austritt eher zu einen Ball formt als um einen gleichmäßigen Strom handelt. Bei ständigem Kontakt mit viskosen elastischen Materialien, wird diese „Balligkeit“ gehemmt. Dadurch konnten die Forscher dehnbare elektronische Bauteile drucken, die beim Test eine hervorragende Leistung zeigten. Laut den Forschern ist dies die erste Produktion eines neuen Typs eines multifunktionalen streckbaren Induktivitätssensors.

„Im Vergleich zu Widerstandssensoren und kapazitiven Sensoren sind Induktivitätssensoren zuverlässiger und haben geringere technologische Anforderungen, da die Detektionsleistung eines Induktivitätssensors nur von den geometrischen Parametern und Drehzahlen eines Spiralrohrs abhängt und nicht durch Leitfähigkeitsänderungen von flüssigem Metall beeinflusst wird, Sagen die Forscher.

Autoren dieser Arbeit sind Yong He, Luyu Zhou, Junfu Zhan, Qing Gao, Jianzhong Fu, Chaoqi Xie, Haiming Zhao und Yu Liu.

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