Stampare in 3D l’elettronica : la scrittura diretta


Come abbiamo già iniziato a discutere nella prima parte di questa serie, ci sono già alcune aziende che offrono piattaforme e servizi di stampa 3D elettronica. Forse il più notevole, dato che ha offerto la prima piattaforma di stampa 3D di elettronica commerciale nel 2003, è Optomec.

Nel 1999, Optomec, che aveva già iniziato a commercializzare la tecnologia di deposizione di energia diretta da Sandia National Laboratories, ha ottenuto un contratto da $ 9 milioni dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) per sviluppare un metodo per depositare una gamma di materiali praticamente su qualsiasi substrato, utilizzando un processo noto come “scrittura diretta” .

Ciò ha comportato il processo Aerosol Jet Printing (AJP), che prevede l’atomizzazione di un determinato materiale in una nebbia prima che la nebbia venga focalizzata e depositata usando un gas inerte, spruzzandolo attraverso un sottile ugello su un substrato. AJP è in grado di stampare con una vasta gamma di inchiostri, inclusi metalli, materiali resistivi, conduttori non metallici, dielettrici, adesivi, semiconduttori, DNA e proteine. Per l’indurimento finale di molti inchiostri metallici, gli oggetti stampati in 3D devono essere riscaldati in un forno.

Sebbene la tecnologia abbia iniziato a stampare direttamente antenna funzionale, batteria e componenti passivi, nonché enzimi e cellule viventi, nel 2000, il primo sistema AJP è stato commercializzato nel 2004. AJP si è evoluto da semplici sistemi di ricerca e sviluppo a due assi a tre e macchine a cinque assi, che Lite-On Mobile Mechanical SBG utilizza nella sua struttura di Guangzhou, in Cina, per stampare l’elettronica 3D su milioni di elettronica di consumo . L’azienda spruzza i fattori di forma di smartphone e tablet con materiali elettronici, eseguendo la produzione 24/7 con la macchina a 5 assi Aerosol Jet 5X .

Sebbene possano essere diventati più un marchio di nome nello spazio di produzione additiva, Optomec non è stata l’unica società di scrittura diretta a cui è stato assegnato un contratto DARPA nello stesso periodo. Nel 1998, la società di ricerca e sviluppo Sciperio si è aggiudicata una sovvenzione DARPA per lo sviluppo della tecnologia di scrittura diretta per l’elettronica di stampa, comprese le celle solari. A ciò hanno fatto seguito numerosi progetti analoghi finanziati dal governo, nonché iniziative di bioprinting. Nel 2002, nScrypt è stato creato da Sciperio per concentrarsi interamente sulla micro-dispensazione e sulla tecnologia di stampa 3D elettronica.

Oggi nScrypt vende numerosi sistemi di scrittura diretta, tra cui il sistema da tavolo e i sistemi 3Dn 300 e 500 di fascia alta, tutti basati sul distributore SmartPump dell’azienda . SmartPump è in grado di depositare oltre 10.000 materiali disponibili in commercio, che vanno dalle paste per saldatura e adesivi ai tessuti viventi. nScrypt ha combinato le sue varie tecnologie per creare sistemi di produzione ibridi, in grado di estrudere la plastica , micro-fresatura , pick-and-place e altre operazioni oltre a distribuire inchiostri conduttivi e altri materiali con SmartPump.

Per eseguire la produzione digitale diretta (DDM) di elettronica da file CAD, la piattaforma nScrypt DDM “Factory in a Tool” combina “microdispensing, estrusione di materiale, micro-fresatura e pick and place teste degli strumenti con più telecamere per l’ispezione automatizzata e la visione computerizzata routine, un sensore di altezza laser a punti per la mappatura di superfici per la stampa conforme, un sistema di polimerizzazione fotonico PulseForge 1300 automatizzato e un laser a femtosecondi per il taglio o la sinterizzazione di materiali, è possibile stampare un’antenna conforme complessa, seguita da un circuito o dispositivo elettronico con un incorporato sensore, seguito da una semplice parentesi, semplicemente cambiando il file CAD, senza interazione umana con lo strumento. “

Sebbene le piattaforme di nScrypt siano più o meno limitate a oggetti più piccoli, sono ovviamente abbastanza versatili. La società ha recentemente discusso alcune delle applicazioni per le quali la sua tecnologia può essere utilizzata, tra cui la bioprinting nello spazio.

Più recentemente, una forma di tecnologia di scrittura diretta è stata commercializzata da Voxel8, che ha preso la testina di stampa pneumatica sviluppata nel laboratorio di Jennifer Lewis ad Harvard e l’ha integrata in una stampante 3D per elettronica desktop , soprannominata Developer Kit, in grado di stampare sia plastica che depositare inchiostri conduttivi . Presentando il dispositivo al CES nel 2015, la società ha entusiasmato i partecipanti con la possibilità di stampare in 3D un quadricoptero completo e funzionante in grado di volare direttamente dal piano di stampa.

Da allora, ha interrotto il suo kit di sviluppo e ha lanciato l’ Active Lab , che presenta una testina di stampa a miscelazione attiva multi-input per spruzzare o estrudere elastomeri poliuretanici liquidi su un tessuto che poi si solidifica quando l’elastomero reagisce. L’applicazione iniziale per la tecnologia è la fabbricazione di tomaie per scarpe, con la tecnologia di Voxel8 in grado di fornire struttura al tessuto altrimenti bidimensionale e fragile, permettendogli di diventare un tessuto tridimensionale. L’incorporazione di una testina a getto d’inchiostro consente di fornire una colorazione digitale nel poliuretano e nel tessuto stesso.

Altri coinvolti nella stampa 3D a scrittura diretta sono Neotech AMT, che ha combinato AJP con le proprie piattaforme di movimento di stampa a cinque assi per creare stampanti in grado di stampare elettronica 3D come 3D Molded Interconnect Devices e Integrated Deposition Solutions, Inc., che ha iniziato a concedere in licenza Sandia tecnologia nel 2013 per vendere una stampante di dimensioni desktop, moduli di stampa e testine di stampa.

Come hanno dimostrato queste aziende, la tecnologia di scrittura diretta è una delle più versatili per l’elettronica di stampa, ma non è l’unico metodo. Nel prossimo articolo della nostra serie, daremo uno sguardo al getto d’inchiostro e ad altre tecnologie di fotopolimerizzazione utilizzate nella stampa 3D elettronica.

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