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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