新型霧狀打印技術可在複雜曲面上精確印刷電子電路

一項全新印刷技術有望將電子電路直接印刷於曲面及三維表面，開創製作無法使用傳統平面製造的傳感器及其他電子產品的可能性。此項研究由艾奧瓦州立大學的機械工程副教授伊桑·塞科（Ethan Secor）及其創立的初創公司 Contour Circuits 領導。該團隊正在開發利用氣霧噴印技術，以高精度將電子材料沉積於複雜表面的方法。與傳統噴墨打印機不同，氣霧噴印技術將液體墨水轉化為細霧，並藉由氣流將氣霧通過噴嘴輸送，使系統能夠打印小至 10 至 100 微米的圖案。

結合機器人技術提升精度

研究人員目前正將這一印刷過程與機器人技術、軟件及實時監測相結合，以控制電路在曲面上的沉積方式。

該團隊的一個系統將氣霧噴印機安裝在可動機器手臂上，這樣的設置使噴嘴能夠在不平坦的表面上移動，但同時也帶來了定位和運動規劃的新挑戰。其目標是使這一過程足夠精確，能在複雜的三維形狀上生產可靠的電子電路。塞科表示：「目前讓我感到興奮的工作是符合表面印刷。未來兩到三年，這將是我們的一項重要工作。我們將致力於為這項技術開發應用。」潛在的應用範圍包括能源、醫療、製造、航空航天、通信和安全等領域。

新型墨水材料應對極端環境

提升印刷電子產品的耐用性同樣至關重要，這取決於印刷電子產品在生產後是否能繼續正常工作。塞科正在研究新型墨水材料，以應對包括太空中遇到的極端溫度變化等極端條件。此項研究得到了美國國家科學基金會近期的資助。團隊特別關注矽基半導體與較大電子電路連接處發生的故障。研究人員在項目摘要中指出：「能在極端環境中運行的電子系統在能源、基礎設施、航空航天和太空應用方面具有很高的相關性。」

美國宇航局（NASA）也支持商業化的努力。

探索多材料打印技術

Contour Circuits 由塞科和前研究生傑裏米·魯魯普（Jeremy Rurup）創立，獲得了 US$150,000 (約 HK$1,170,000)的小型企業技術轉移合同，以推進該技術的發展。該公司在艾奧瓦州立大學的 Roy J. Carver Co-Laboratory 開展相關工作。團隊還在探索在同一沉積過程中打印多種材料的方法。塞科將這一概念比喻為從黑白打印向灰階的轉變，其中打印材料的組成可以在表面上變化，這將使工程師能夠更好地控制印刷元件的電氣和物理特性。

塞科對印刷電子產品的興趣始於西北大學的研究生學習期間，最初他專注於石墨烯墨水。隨著研究的深入，他的範疇擴展到柔性電子產品、液態金屬電子產品、微型超級電容器及鋰離子電池等領域。他最終開始建立和修改打印硬件，而非僅依賴商業可用的系統。塞科表示：「我學會瞭如何建造打印機，這為我開啟了很多研究方向。現在我們建造並定製自己的硬件。因此，當其他研究小組在使用一個黑箱時，我們可以打開它，瞭解其運作方式並加以改進。」

新技術對電子產品應用的影響

這項新型霧狀打印技術的發展，將對電子產品的製造方式帶來革命性變化。透過在複雜曲面上精確印刷電子電路，未來將能製作出更具靈活性和適應性的電子設備，特別是在醫療、航空航天等關鍵領域。研究團隊專注於提升耐用性及應對極端環境的能力，顯示出對未來應用的深遠考慮。隨著技術的進步，這種印刷方式可能會成為新一代電子產品的標準，推動行業的創新與發展。