MIT entwickelt selbstfaltende Strukturen für gedruckte Elektronik

Wissenschaftler des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) am MIT haben Strukturen entwickelt, die sich nach dem Druck selbst in dreidimensionale Formen falten. Anwendung könnte diese Technologie im Bereich der 3D-gedruckten Elektronik finden.

Forschung und Industrie beschäftigen sich schon seit längerem mit druckbaren Strukturen, die sich durch äußere Einwirkung wie Hitze oder Wasser zu dreidimensionalen Objekten verformen. In der neusten Studie des MIT CSAIL wurden erstmals Strukturen gedruckt, die selbstständig eine bestimmte Form annehmen, sobald sie vom Druckbett gelöst werden. Die Vorteile solcher selbstfaltenden Objekte ohne jeglichen Auslöseimpuls sieht das Forscherteam im Einsatz von einem breiteren Spektrum an Materialien sowie die Möglichkeit filigranere Strukturen herzustellen.

“Wenn man gedruckte Elektronik einbauen möchte, braucht man organische Materialien, da die Mehrheit gedruckter Elektronik darauf angewiesen ist,” erklärt Subramanian Sundaram, MIT Absolvent und Erstautor der Publikation. “Diese Materialien reagieren meist äußerst sensibel auf Feuchtigkeit und Temperatur. Wenn man also diese Elektronik und Teile hernimmt und das Falten in Gang setzten möchte, wird man sie nicht in Wasser tauchen oder Hitze aussetzen, da sich ihre Qualität dadurch verschlechtert

In ihren Versuchen haben die Wissenschaftler den Prototyp einer selbstfaltenden und druckbaren Struktur ähnlich dem Buchstaben H gebaut, der aus elektrischen Leitungen und einem “Polymer-Pixel” besteht, das vom durchsichtigen in einen undurchsichtigen Zustand übergeht, wenn Spannung angelegt wird. Die vier Enden falten sich selbstständig in zwei verschiedene Richtigen.

Zusätzlich wurden weitere Versionen des Designs angefertigt, die demonstrieren, dass der Winkel in dem sich die “Beine” falten, genauestens festgelegt werden kann. Weiters konnte man bei Versuchen feststellen, dass die Strukturen selbst nach Belastung mit Gewichten entgegen der Faltrichtung wieder ihre gefaltete Form annehmen.

Diese Technologie könnte zur maßgeschneiderten Produktion von Sensoren, Displays oder Antennen beitragen, deren Funktion auf einer dreidimensionalen Form beruht. In ferner Zukunft, so die Wissenschaftler, würde diese Methode auch druckbare Roboter ermöglichen.

Das Material für die Herstellung der Strukturen wurde durch Zufall entdeckt, als man nach Druckmaterialien für flexiblere Komponenten geforscht hat. Das Ungewöhnliche daran ist, dass es sich nach dem fest werden noch ausbreitet. Die meisten Druckmaterialien ziehen sich zusammen wenn sie aushärten.

Die gedruckten Strukturen bestehen aus einigen Schichten, in denen das sich ausweitende Material an bestimmten vorgesehenen Stellen aufgetragen wird. Die unterste Schicht haftet leicht auf dem Druckbrett und so bleibt die Struktur flach bis sie von der Plattform gelöst wird.

“Diese Arbeit ist so spannend da sich damit Möglichkeiten eröffnen funktionelle Elektronik in 3D-Objekten herzustellen,” fügt Michael Dickey, Professor für Verfahrenstechnik an der North Carolina State University hinzu. “Typischerweise findet die elektronische Verarbeitung auf einer zweidimensionalen Ebene statt und benötigt daher auch eine flache Oberfläche. Diese Forschungsarbeit wird es ermöglichen Elektronik auf einer konventionellen 2D-Oberfläche herzustellen und sie dann in eine 3D-Form zu bringen, während die elektronischen Funktionen aufrecht bleiben.”

Die Studie mit dem Titel “3D-Printed Self-Folding Electronics” wurde im Fachjournal Applied Materials and Interfaces veröffentlicht.

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