Neue Methode für 3D-Druck von voll funktionsfähigen Elektronikschaltungen

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Wissenschaftlern der Nottingham University in Großbritannien ist es gelungen eine neue Technik zu entwickeln, die den Weg für individuelle 3D-gedruckte Elektronikkomponenten wie Antennen und Sensoren ebenen könnte.

Mit dem neuen Verfahren lassen sich voll funktionsfähige elektronische Schaltungen und somit Elektronikkomponenten bestehend aus verschiedenen Metall- und Kunststoffmaterialien herstellen. Bei der Methode wird 2D-Elektronikdruck mit 3D-Druck kombiniert. Damit wurden auch einige der Herausforderungen bewältigt, welche die Herstellung von funktionsfähigen Geräten mit komplexer Geometrie und mehreren Materialien mit unterschiedlichem Aushärtungsprozess mit sich bringt.

Bei bestehenden Systemen kommt meist nur ein Material zum Einsatz, was die Funktionalität gedruckter Strukturen einschränkt. Hat man jedoch zwei verschiedene Materialien mit leitendenden und isolierendenden Eigenschaften, lassen sich Funktionen in die gedruckten Objekte integrieren. So wäre der 3D-Druck eines Armbandes mit Drucksensor und WLAN-Anbindung, das individuell an den Träger angepasst werden kann, in einem einzigen Durchgang möglich.

Die von den Wissenschaftlern entwickelte Methode verkürzt die Aushärtungszeit von leitenden Tinten zu weniger als einer Minute pro gedruckter Schicht. Dieser Prozess umfasst normalerweise Öfen und Heizplatten für Wärmebehandlungen.

Dr. Ehab Saleh und sein Team vom Centre für Additive Manufacturing (CfAM) an der University of Nottingham haben herausgefunden, dass Silber-Nanopartikel in leitfähigen Tinten UV-Licht effizient absorbieren können. Die absorbierte UV-Energie wird in Hitze umgewandelt, wodurch Lösungsmittel in der Tinte verdampfen und die Silberpartikel verschmelzen. Dieser Prozess wirkt sich nicht störend auf angrenzende Segmente gedruckt aus Kunststoff aus. Das selbe LED-basierte UV-Licht kann auch sowohl für die Aushärtung der leitenden Materialien als auch Kunststoffmaterialien verwendet werden.

Christ Tuck, Professor für Materialwissenschaften und Leiter des Forschungsprojekts erklärt:

„Der 3D-Druck von leitenden und dielektrischen Materialien in einer einzigen Struktur, mit einer hohen Auflösung, wie sie der Tintenstrahldruck bietet, wird die Herstellung komplett individualisierter Elektronikkomponenten ermöglichen. Man muss sich an keine Standardwerte für Kondensatoren halten, wenn man eine Schaltung designed, sondern legt den Wert einfach fest und der Drucker stellt die Komponente her.“

Bislang wurden im Rahmen des Forschungsprojekts medizinische Instrumente, Hochfrequenz-Abschirmungen sowie neuartige Strukturen für die Erzeugung von Solarenergie entwickelt.

Die Studie „3D Inkjet Printing of Electronics Using UV Conversion“ kann hier nachgelesen werden.