CHARM3D 製造三維電路的新3D列印技術
編譯/高晟鈞
新加坡國立大學的一研究團隊開發了一種名為「CHARM3D」的3D電路列印技術,使用特殊的菲爾德合金(Field’s metal),實現具有自癒能力和無需支撐材料的獨立式三維結構。該技術有望促進可穿戴設備、通訊系統、醫療成像和監測系統的開發。
CHARM3D 印刷電路技術
從電池到機器人技術,3D列印電路正逐漸成為現代電子產品的基礎。三維架構具備更大的有效表面積,能提高電池容量並增強感測器的靈敏度。
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目前,製造3D電路主要透過直接墨水書寫(Direct Ink Writing, DIW)。然而,DI於使用導電性較低、十分黏稠的複合油墨,且需要支撐材料來幫助固化後的結構穩定,大大限制了其列印速度。
對此,CHARM3D使用特殊的菲爾德合金替代了傳統的複合油墨,其低熔點、高導電性、低毒性且可以快速凝固的特性,使得列印過程能夠避免支撐材料和外部壓力所造成的結構改變。CHARM3D 技術利用噴嘴中的熔融金屬與列印零件前緣之間的張力,最終形成均勻、光滑的微絲結構,寬度可調為100至300微米;重要的是,CHARM3D中也不存在水珠和不平坦表面(壓力驅動DIW的特徵)等現象。
與傳統的DIW相比,CHARM3D提供高達每秒 100 毫米的更快列印速度和更高的分辨率。此外,CHARM3D捨棄了後處理步驟,因此可以製造複雜的獨立式3D結構,像是垂直字母、螺旋、立方體框架等。這些三圍結構具有出色的穩定性和自癒能力,可以從機械損壞中自動恢復且可以被回收。
廣泛應用
研究人員成功列印了用於穿戴式無電池溫度感測器、無線生命體徵監測的天線和電磁波操縱超材料的3D電路,展現了廣泛的應用潛力。心電圖和脈搏血氧計等傳統醫院設備需要皮膚接觸,可能會引起不適並有感染的風險。透過 CHARM3D,非接觸式感測器可以整合到智慧服裝和天線中,為醫院、輔助生活設施或家庭環境提供持續、準確的健康監測。
此外,透過 CHARM3D 製造的 3D 天線或電磁超材料感測器陣列可以優化訊號感測和處理應用。提高訊號雜訊比和更高的頻寬,從而實現更準確的醫學成像以及先進的安全檢測。
資料來源:TechXplore
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