Американські інженери винайшли простий спосіб високоточного тривимірного друку, придатний для створення мікроелектроніки. Він заснований на формуванні каркаса, різні частини якого мають електричний заряд, після чого матеріал прилипає до протилежно заряджених місць. За допомогою цього методу можна створювати об'ємні електричні схеми будь-якої складності, зокрема тактильні датчики і датчики форми. Стаття опублікована в журналі.
Тривимірна печатка створила собі репутацію простого і дешевого способу виробництва. Однак, коли справа доходить до незвичайних форм, мікроскопічних розмірів або великої кількості матеріалів - з'являються проблеми, які обмежують друк складних предметів. Наприклад, одночасна печатка пластиком і металом досі не знайшла широкого промислового застосування.
Задовго до появи терміну «3D-друк» у виробництві мікросхем використовувалася мікролітографія, по суті, теж друк. Процесори створюються післяйно, і нанесення кожного шару матеріалу залежить від того, якої форми маска була проекспонована на фоточутливу плівку. Грубо кажучи, на неї проектувалося зображення лабіринту з контактів, потім незасвічені ділянки змивалися, і на основі каркаса будували провідні ланцюги. Потім знову наносилася плівка, знову експонувалася, і так цикл повторювався багато разів, поки не з'являлася необхідна об'ємна структура.
Райан Хенслі (Ryan Hensleigh) і його колеги з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі вирішили на основі фотолітографії створити абсолютно новий метод створення тривимірних предметів. Суттєвим обмеженням традиційної технології була її «площина», адже з плоских фігур важко створювати складні об'ємні структури. Інженери придумали, як можна працювати з полімерним каркасом не післяйно, а з усім відразу.
Вони вирішили використовувати властивість протилежних зарядів притягуватися один до одного. Для виробництва за новою технологією потрібні ванни з трьома різними пластмасами. Крім нейтральної, двом іншим надають електричний заряд - позитивний і негативний. Основу для майбутнього каркаса поміщають у ванну з одним із пластиків, і експонують фігурною маскою, потім виймають, сушать, і в іншій ванні засвічують інший візерунок. Таким чином створюється тривимірна решітка, основна маса якої нейтральна, а окремі точки - заряджені.
Після цього все що залишається - обмакнути каркас в рідину з розведеним матеріалом, який необхідно нанести, - наприклад, мідь. Матеріал також виготовляють таким чином, щоб він володів зарядом, через що він осаджується з води в протилежно заряджених ділянках решітки. В результаті виходить об'ємна структура, в якій пластик і метал переплетені наскільки завгодно складно.
Нова технологія, крім мікросхем, може стати в нагоді при створенні гнучкої електроніки. Так, автори демонструють прототип тактильного датчика, виробленого за їхнім методом. В основі такого пристрою лежить п'єзоелектричний ефект, який дозволяє генерувати струм за рахунок деформації твердого тіла. Наноскопічні п'єзоелементи вчені замішали в пластик, і надрукували їм тривимірну сітку, яка віддалено нагадує сечалку. По цій сітці були рівномірно обложені мідні контакти, з'єднані в мережу.
Як підсумок, при тиску на конструкцію п'єзоелементи виробляли електрику, і чим сильніша деформація, тим більше напруга. Аналіз цієї карти напружень дозволяє ефективно відтворювати функції тактильної системи людини, що необхідно для роботів або протезів.
Тривимірний друк відкриває нові можливості в інженерії. Наприклад, вона дозволила створити електричну схему прямо на руці людини, спростила конструкцію хімічних мікрореакторів, а швейцарці навчилися друкувати склом без сильного нагріву.