MIT macht großen Schritt in Richtung vollständig 3D-gedruckter aktiver Elektronik

Durch die Herstellung von halbleiterfreien Logikgattern, die zur Durchführung von Berechnungen verwendet werden können, hoffen die Forschenden des MIT, die Herstellung von Elektronik zu vereinfachen.

Diese Entwicklung könnte die Elektronikfertigung dezentralisieren und für Unternehmen, Labore und Privathaushalte zugänglicher machen.

Aktive Elektronikkomponenten steuern elektrische Signale und basieren traditionell auf Halbleitern, die in Reinräumen gefertigt werden müssen. Der weltweite Mangel an Halbleiterfertigungsanlagen während der Covid-19-Pandemie führte zu Engpässen und steigenden Kosten in der Elektronikindustrie. Die Möglichkeit, komplette aktive elektronische Geräte ohne Halbleiter zu drucken, bietet eine potenzielle Lösung für diese Herausforderungen.

„Diese Technologie ist sehr ausbaufähig. Wir können zwar nicht mit Silizium als Halbleiter konkurrieren, aber unsere Idee ist nicht unbedingt, das Bestehende zu ersetzen, sondern die 3D-Drucktechnologie in neue Bereiche vorzustoßen. Kurz gesagt, es geht darum, die Technologie zu demokratisieren. Dies könnte es jedem ermöglichen, intelligente Hardware fernab von traditionellen Fertigungszentren herzustellen“, sagt Luis Fernando Velásquez-García, leitender Wissenschaftler in den Microsystems Technology Laboratories (MTL) des MIT und Hauptautor eines Artikels über die Geräte, der in der Zeitschrift Virtual and Physical Prototyping erscheint.

Die Forschenden nutzten standardmäßige 3D-Druckgeräte und ein kostengünstiges, biologisch abbaubares Material, um Sicherungen zu erstellen, die ähnliche Schaltfunktionen wie Transistoren erfüllen. Diese Sicherungen können einfache Steueraufgaben übernehmen, wie das Regulieren der Geschwindigkeit von Elektromotoren.

„Wir erkannten, dass dies etwas ist, das die 3D-Druck-Hardware auf die nächste Stufe heben könnte. Es bietet eine klare Möglichkeit, einem elektronischen Gerät ein gewisses Maß an ‘Intelligenz’ zu verleihen. Im Moment ist das unsere beste Erklärung, aber das ist nicht die ganze Antwort, denn das erklärt nicht, warum es nur bei dieser Materialkombination passiert. Wir müssen weiter forschen, aber es besteht kein Zweifel, dass dieses Phänomen real ist“, sagt er.

Die Forschenden planen, die Technologie weiterzuentwickeln, um komplexere Schaltungen zu realisieren und die Leistungsfähigkeit der gedruckten Komponenten zu verbessern.

„Diese Arbeit zeigt, dass aktive elektronische Geräte mit Hilfe von extrudierten polymeren leitfähigen Materialien hergestellt werden können. Mit dieser Technologie kann Elektronik in 3D-gedruckte Strukturen eingebaut werden. Eine interessante Anwendung ist der 3D-Druck von Mechatronik an Bord von Raumfahrzeugen“, sagt Roger Howe, der emeritierte William E. Ayer Professor of Engineering an der Stanford University, der nicht an dieser Arbeit beteiligt war.

Diese Innovation könnte langfristig die Art und Weise verändern, wie elektronische Geräte entworfen und produziert werden, und neue Wege für die dezentrale Fertigung und nachhaltige Elektronik eröffnen.