Na Uniwersytecie Missouri opracowano metodę druku wyrobów integrujących różne funkcje w obrębie jednej konstrukcji, w oparciu o różne materiały, w tym polimery, metale i półprzewodniki. Metodę nazwano Freeform Multi-material Assembly Process.
Integracja różnych funkcji w jednym wydruku ma stanowić alternatywę dla wielowarstwowych wyrobów typu płytki PCB, jak dotąd produkowanych w kilku osobnych procesach technologicznych.
Na potrzeby prezentowanego procesu zbudowano specjalną drukarkę 3D, która oprócz dyszy ekstruzyjnej i dozownika materiału w postaci tuszu, wyposażona jest także w głowicę laserową. Standardowa drukarka kartezjańska, która posłużyła za podstawę konstrukcyjną, została wzbogacona o dodatkową obrotową oś C i uchylną oś A.
Proces zaczyna się od regularnego druku 3D w technologii fused filament fabrication. Następnie w przygotowanym zagłębieniu przy pomocy metody direct ink writing aplikowany jest tusz, z którego laserowo indukowany jest grafen. W dalszej kolejności ręcznie nanoszone są dodatkowe elementy z różnych materiałów, w zależności od wymaganej funkcjonalności. Tym sposobem w obrębie wydruku drukowane są obwody elektryczne na bazie grafenu, elektrody indukowane laserowo na warstwie grafenu z cytrynianu srebra, a także zabudowywane są układy elektroniczne, diody i różnego rodzaju czujniki. Dzięki zastosowaniu druku 3D jako podstawy konstrukcyjnej budowanych układów elektronicznych, nie są one ograniczone do powierzchni płaskich, lecz mogą także mieć charakter przestrzenny i właściwości elastyczne. Prezentowana technologia może przyczynić się do zmiany sposobu, w jaki wytwarzane są różnego rodzaju komponenty funkcjonalne.
missouri.edu
Zheng, B., Xie, Y., Xu, S. et al.: Programmed multimaterial assembly by synergized 3D printing and freeform laser induction. Nat Commun 15, 4541 (2024)
