Traditionele printplaten zijn vrijwel altijd vlak en tweedimensionaal. Maar een onderzoeksteam van de National University of Singapore heeft het printen van circuits naar de derde dimensie gebracht met behulp van een slimme nieuwe technologie genaamd CHARM3D. Niet alleen zijn ze driedimensionaal, deze gedrukte schakelingen zijn ook zelfherstellend.
Door verticaal te worden gestapeld in plaats van plat, kunnen componenten worden gestapeld, wat betekent dat onze elektronica een veel kleinere voetafdruk heeft - en tegenwoordig willen we allemaal dat onze apparaten kleiner en slanker zijn. Maar om driedimensionale circuits te realiseren zijn bestaande methoden zoals direct inkwriting (DIW) een uitdaging. Deze technologieën maken gebruik van speciale composietinkten, vereisen hulpmaterialen, zijn zeer stroperig en langzaam.
CHARM3D hanteert een compleet andere aanpak en maakt gebruik van enkele slimme materiaaleigenschappen. Het maakt gebruik van een metaallegering genaamd Field's metaal, gemaakt van indium, bismut en tin. Deze legering heeft een zeer laag smeltpunt van ongeveer 62°C, vloeit soepel en stolt snel zelf.
De unieke combinatie van deze eigenschappen helpt CHARM 3D ultragladde, uniforme driedimensionale metalen microstructuren te printen, variërend in breedte van 100 tot 300 micron, wat ongeveer zo dun is als een paar haartjes. De structuren omvatten ook kubusvormige frames, verticale letters en intrekbare spiralen.
De gedrukte structuur kan ook zelfherstellende schade veroorzaken. Als circuits bekrast of vervormd raken, verwarm ze dan eenvoudigweg tot voorbij hun lage smeltpunt, waarna ze weer in hun oorspronkelijke vorm stollen. Dit maakt het circuit duurzamer en zelfs recycleerbaar.
De mogelijkheden zijn hier enorm. Zoals de onderzoekers al zeiden, maken de hoge resolutie, het snelle printen (tot 100 millimeter per seconde) en de mogelijkheid om complexe 3D-vormen te creëren het bruikbaar voor allerlei coole dingen.
Misschien wel de grootste toepassing die door onderzoekers wordt opgemerkt, is de gezondheidszorg. Stel je voor dat je slimme kleding draagt met 3D-geprinte sensoren die je vitale functies kunnen monitoren zonder je huid aan te raken. Het zou ook kunnen leiden tot nauwkeurigere medische beeldvorming, zoals de vroege detectie van borstkankertumoren met behulp van microgolven. Het team heeft de technologie gebruikt om draagbare, batterijloze temperatuursensoren, antennes voor draadloze monitoring van vitale functies en metamaterialen voor het manipuleren van elektromagnetische golven te creëren.
Benjamin Tee, universitair hoofddocent aan de universiteit die het onderzoek leidde, zei: "CHARM3D biedt een snellere en eenvoudigere driedimensionale metaalprintmethode. Als oplossing voor de geavanceerde productie van elektronische schakelingen biedt het grote hoop voor de industriële productie en wijdverbreide acceptatie van complexe driedimensionale elektronische schakelingen."
Natuurlijk hebben onderzoekers nog veel werk te doen. Ze hopen CHARM3D toe te passen op een verscheidenheid aan andere metaal- en structurele toepassingen. Het onderzoeksteam onderzoekt ook commercialiseringsmogelijkheden om de technologie naar een breder industrieel gebruik te brengen. Je kunt het volledige onderzoek vinden in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature.