新型雾状打印技术可在复杂曲面上精确印刷电子电路

一项全新印刷技术有望将电子电路直接印刷于曲面及三维表面，开创制作无法使用传统平面制造的传感器及其他电子产品的可能性。此项研究由艾奥瓦州立大学的机械工程副教授伊桑·塞科（Ethan Secor）及其创立的初创公司 Contour Circuits 领导。该团队正在开发利用气雾喷印技术，以高精度将电子材料沉积于复杂表面的方法。与传统喷墨打印机不同，气雾喷印技术将液体墨水转化为细雾，并借助气流将气雾通过喷嘴输送，使系统能够打印小至 10 至 100 微米的图案。

结合机器人技术提升精度

研究人员目前正将这一印刷过程与机器人技术、软件及实时监测相结合，以控制电路在曲面上的沉积方式。

该团队的一个系统将气雾喷印机安装在可动机械臂上，这样的设置使喷嘴能够在不平坦的表面上移动，但同时也带来了定位和运动规划的新挑战。其目标是使这一过程足够精确，能在复杂的三维形状上生产可靠的电子电路。塞科表示：“目前让我感到兴奋的工作是符合表面印刷。未来两到三年，这将是我们的一项重要工作。我们将致力于为这项技术开发应用。”潜在的应用范围包括能源、医疗、制造、航空航天、通信和安全等领域。

新型墨水材料应对极端环境

提升印刷电子产品的耐用性同样至关重要，这取决于印刷电子产品在生产后是否能继续正常工作。塞科正在研究新型墨水材料，以应对包括太空中遇到的极端温度变化等极端条件。此项研究得到了美国国家科学基金会近期的资助。团队特别关注硅基半导体与较大电子电路连接处发生的故障。研究人员在项目摘要中指出：“能在极端环境中运行的电子系统在能源、基础设施、航空航天和太空应用方面具有很高的相关性。”

美国宇航局（NASA）也支持商业化的努力。

探索多材料打印技术

Contour Circuits 由塞科和前研究生杰里米·鲁鲁普（Jeremy Rurup）创立，获得了 US$150,000 (约 HK$1,170,000)的小型企业技术转移合同，以推进该技术的发展。该公司在艾奥瓦州立大学的 Roy J. Carver Co-Laboratory 开展相关工作。团队还在探索在同一沉积过程中打印多种材料的方法。塞科将这一概念比喻为从黑白打印向灰阶的转变，其中打印材料的组成可以在表面上变化，这将使工程师能够更好地控制印刷元件的电气和物理特性。

塞科对印刷电子产品的兴趣始于西北大学的研究生学习期间，最初他专注于石墨烯墨水。随着研究的深入，他的范畴扩展到柔性电子产品、液态金属电子产品、微型超级电容器及锂离子电池等领域。他最终开始建立和修改打印硬件，而非仅依赖商业可用的系统。塞科表示：“我学会了如何建造打印机，这为我开启了很多研究方向。现在我们建造并定制自己的硬件。因此，当其他研究小组在使用一个黑箱时，我们可以打开它，了解其运作方式并加以改进。”

新技术对电子产品应用的影响

这项新型雾状打印技术的发展，将对电子产品的制造方式带来革命性变化。通过在复杂曲面上精确印刷电子电路，未来将能制作出更具灵活性和适应性的电子设备，特别是在医疗、航空航天等关键领域。研究团队专注于提升耐用性及应对极端环境的能力，显示出对未来应用的深远考虑。随着技术的进步，这种印刷方式可能会成为新一代电子产品的标准，推动行业的创新与发展。