Stampa 3D combinata per la creazione di elettronica estensibile

L’elettronica estensibile ha un grande potenziale per le applicazioni nei dispositivi indossabili, nella robotica morbida, nella pelle artificiale e molto altro. Per creare un’elettronica estensibile, la stampa 3D è una tecnologia veloce e accurata in grado di costruire circuiti e strutture dal metallo liquido. Recentemente, i ricercatori sono stati interessati all’elettronica estensibile basata su metalli liquidi a base di Ga (GLM), che sono liquidi non tossici a bassa viscosità. A causa della loro elevata tensione superficiale, tuttavia, i GLM sono difficili da stampare direttamente. In un documento intitolato ” Coprinting tridimensionale di metalli liquidi per la fabbricazione diretta di elettronica estensibile “, un gruppo di ricercatori sviluppa un metodo di coprinting in cui i GLM vengono stampati insieme a materiali elastici per superare la loro scarsa stampabilità.

I ricercatori hanno usato un ugello coassiale per il processo; l’ugello esterno è stato usato per estrudere un materiale flessibile di silicone, mentre l’ugello interno ha estruso il metallo liquido.

“Il principio di questo metodo è che il contatto continuo e l’estrusione del sigillante ad alta viscosità esterno con il suo metallo liquido interno inibiscono la formazione di metallo liquido, assicurando il deflusso continuo di metallo liquido e ottenendo con successo la stampa 3D di metallo liquido”, ricercatori spiegano. “Allo stesso tempo, anche il materiale flessibile in silicone svolge un ruolo importante nell’isolare l’aria, prevenendo il degrado delle proprietà del metallo liquido ed essendo un materiale flessibile incapsulante per circuiti flessibili. I parametri di processo appropriati sono selezionati per garantire un processo di stampa di successo. Rispetto ad altri metodi, questo metodo può essere utilizzato per stampare rapidamente le strutture desiderate con un percorso programmato. ”
I componenti principali del sistema erano una stampante 3D desktop, l’ugello coassiale e le pompe di iniezione.

“Per fabbricare l’elettronica elastica, abbiamo eseguito i seguenti passaggi”, proseguono i ricercatori. “In primo luogo, le pompe di iniezione estrudevano GLM nell’ago interno della siringa dell’ugello con una portata adeguata Q 1  (superiore a 0,25-0,75 mL / s) e sigillante a polimeri estrusi nella cavità esterna dell’ugello a una portata Q 2  (sopra 2-4 μL / min) per rendere la fibra coassiale. Quindi, il codice G è stato immesso nel computer per controllare gli stadi XY della stampante 3D desktop per stampare il circuito elettronico desiderato. Inoltre, lo stadio Z motorizzato può lavorare con le fasi XY per impilare il circuito elettronico planare in una struttura 3D. Inoltre, lo stadio Z motorizzato può essere utilizzato per installare altri dispositivi ausiliari per la costruzione di strutture 3D speciali. ”
I ricercatori hanno usato la loro tecnica per stampare in 3D un induttore a spirale. Hanno poi incollato entrambe le estremità dell’induttore sull’effettore finale di un endoscopio per misurare il movimento spaziale dell’endoscopio. Quando la maniglia è stata ruotata, l’induttanza del sensore è cambiata regolarmente. Inoltre, la risposta induttiva del sensore era altamente sensibile, dimostrando che il sensore ha una buona risposta dinamica e può essere utilizzato per valutare la corsa a vuoto del monitoraggio endoscopico.

Il problema con la stampa di metallo liquido è che viene fuori come una palla piuttosto che un flusso; tuttavia, stampandolo in modo che venisse a contatto continuo con materiali elastici viscosi, ha impedito il balling. Ciò ha consentito ai ricercatori di stampare in 3D componenti elettronici estensibili che hanno dimostrato prestazioni eccellenti durante il test. Secondo i ricercatori, questa è la prima produzione di un nuovo tipo di sensore di induttanza elastico multifunzionale.

“Rispetto ai sensori di resistenza e ai sensori capacitivi, i sensori di induttanza sono più affidabili e hanno requisiti tecnologici più bassi poiché le prestazioni di rilevamento di un sensore di induttanza dipendono solo dai parametri geometrici e dai numeri di svolta di un tubo a spirale e non sono influenzati dai cambiamenti di conduttività del metallo liquido “Affermano i ricercatori.
Gli autori del documento includono Yong He, Luyu Zhou, Junfu Zhan, Qing Gao, Jianzhong Fu, Chaoqi Xie, Haiming Zhao e Yu Liu.

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