Teknologi cetak kabut baru mampu mencetak sirkuit elektronik secara presisi pada permukaan lengkung yang kompleks

Sebuah teknologi cetak baru berpotensi mencetak sirkuit elektronik secara langsung pada permukaan lengkung dan tiga dimensi, membuka kemungkinan pembuatan sensor serta perangkat elektronik lain yang tidak dapat diproduksi menggunakan metode planar konvensional. Penelitian ini dipimpin oleh Ethan Secor, associate professor teknik mesin di Iowa State University, bersama startup yang ia dirikan, Contour Circuits. Tim tersebut tengah mengembangkan metode pencetakan aerosol untuk mendepositkan material elektronik pada permukaan yang kompleks dengan tingkat presisi tinggi. Berbeda dengan printer inkjet konvensional, teknologi pencetakan aerosol mengubah tinta cair menjadi kabut halus, lalu mengalirkan kabut tersebut melalui nosel menggunakan aliran udara, sehingga sistem mampu mencetak pola sekecil 10 hingga 100 mikrometer.

Menggabungkan robotika untuk meningkatkan presisi

Para peneliti saat ini tengah mengintegrasikan proses cetak ini dengan teknologi robotika, perangkat lunak, dan pemantauan real-time untuk mengendalikan cara sirkuit terdeposit pada permukaan lengkung.

Salah satu sistem buatan tim menempatkan mesin cetak aerosol pada lengan robot yang dapat digerakkan. Konfigurasi ini memungkinkan nosel bergerak di atas permukaan yang tidak rata, namun sekaligus memunculkan tantangan baru dalam hal penentuan posisi dan perencanaan gerak. Tujuannya adalah agar proses ini cukup presisi untuk menghasilkan sirkuit elektronik yang andal pada bentuk tiga dimensi yang kompleks. Secor menyatakan: "Pekerjaan yang membuat saya bersemangat saat ini adalah pencetakan yang sesuai dengan kontur permukaan. Dalam dua hingga tiga tahun ke depan, hal ini akan menjadi salah satu fokus utama kami. Kami akan mendedikasikan diri untuk mengembangkan aplikasi bagi teknologi ini." Potensi cakupan aplikasinya meliputi sektor energi, medis, manufaktur, kedirgantaraan, telekomunikasi, dan keamanan.

Bahan tinta baru menghadapi lingkungan ekstrem

Meningkatkan daya tahan produk elektronik cetak juga sama pentingnya, tergantung pada apakah produk tersebut dapat terus berfungsi setelah diproduksi. Secor tengah meneliti bahan tinta baru untuk menghadapi kondisi ekstrem, termasuk perubahan suhu ekstrem yang ditemui di luar angkasa. Penelitian ini didukung oleh pendanaan baru-baru ini dari National Science Foundation. Tim ini secara khusus memperhatikan kegagalan yang terjadi pada sambungan antara semikonduktor berbasis silikon dan sirkuit elektronik yang lebih besar. Para peneliti menyatakan dalam ringkasan proyek: "Sistem elektronik yang mampu beroperasi di lingkungan ekstrem memiliki relevansi tinggi untuk aplikasi energi, infrastruktur, kedirgantaraan, dan luar angkasa."

NASA juga mendukung upaya komersialisasi ini.

Mengeksplorasi teknologi cetak multi-material

Contour Circuits, yang didirikan oleh Secor bersama mantan mahasiswa pascasarjananya Jeremy Rurup, memperoleh kontrak Small Business Technology Transfer sebesar US$150,000 (sekitar HK$1,170,000) untuk mendorong pengembangan teknologi ini. Perusahaan ini menjalankan kegiatannya di Roy J. Carver Co-Laboratory milik Iowa State University. Tim juga tengah mengeksplorasi metode pencetakan berbagai material dalam satu proses deposisi yang sama. Secor menganalogikan konsep ini seperti transisi dari cetak hitam-putih menuju gradasi abu-abu, di mana komposisi material cetak dapat bervariasi di atas permukaan. Hal ini akan memungkinkan para insinyur mengendalikan sifat kelistrikan dan fisik komponen cetak dengan lebih baik.

Minat Secor terhadap elektronik cetak bermula saat masa studi pascasarjana di Northwestern University, ketika ia awalnya berfokus pada tinta graphene. Seiring bertambahnya kedalaman penelitian, cakupan kerjanya meluas ke elektronik fleksibel, elektronik logam cair, superkapasitor mikro, serta baterai lithium-ion. Ia akhirnya mulai membangun dan memodifikasi perangkat keras cetak, alih-alih hanya mengandalkan sistem yang tersedia secara komersial. Secor menyatakan: "Saya belajar cara membangun printer, dan hal itu membuka banyak arah penelitian bagi saya. Kini kami membangun dan menyesuaikan perangkat keras kami sendiri. Jadi, ketika kelompok riset lain menggunakan sebuah kotak hitam, kami dapat membukanya, memahami cara kerjanya, dan melakukan perbaikan."

Dampak teknologi baru terhadap aplikasi elektronik

Pengembangan teknologi cetak kabut baru ini akan membawa perubahan revolusioner pada cara perangkat elektronik diproduksi. Melalui pencetakan sirkuit elektronik secara presisi pada permukaan lengkung yang kompleks, ke depan akan memungkinkan pembuatan perangkat elektronik yang lebih fleksibel dan adaptif, khususnya di sektor-sektor kunci seperti medis dan kedirgantaraan. Fokus tim peneliti pada peningkatan daya tahan serta kemampuan menghadapi lingkungan ekstrem menunjukkan pertimbangan jangka panjang terhadap aplikasi masa depan. Seiring kemajuan teknologi, metode cetak ini berpotensi menjadi standar bagi generasi baru produk elektronik, mendorong inovasi dan perkembangan industri.