電路制造領(lǐng)域突破性技術(shù),！早稻田大學(xué)研究人員3D打印復(fù)雜的金屬塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)

2022年12月3日,，南極熊獲悉,，來(lái)自日本和新加坡的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的3D打印技術(shù),，可以在3D塑料結(jié)構(gòu)的外部和內(nèi)部表面創(chuàng)建精確的圖案,。近年來(lái),，由于其在下一代電子產(chǎn)品制造中的巨大潛力,，人們對(duì)在塑料部件上3D打印金屬圖案的研究興趣成倍增長(zhǎng)。現(xiàn)在,，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的3D打印工藝,，用于制造具有復(fù)雜形狀的3D金屬塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)。

△使用新技術(shù)制備的 3D 金屬-塑料復(fù)合材料的示例,。資料來(lái)源：早稻田大學(xué)

這項(xiàng)研究已經(jīng)以題為“用于在 3D 塑料結(jié)構(gòu)的外表面甚至內(nèi)表面精確制造任意金屬圖案的新型金屬-塑料混合增材制造/New Metal–Plastic HybridAdditive Manufacturing for Precise Fabrication of Arbitrary Metal Patterns onExternal and Even Internal Surfaces of 3D Plastic Structures”的論文被發(fā)表在 ACS Applied Materials & Interfaces期刊上,。

相關(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10617

三維金屬塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)在智能電子、微/納米傳感,、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備,，甚至是量子計(jì)算方面具有廣泛的潛在適用性。使用這些結(jié)構(gòu)建造的設(shè)備有更高的設(shè)計(jì)自由度,，可以有更復(fù)雜的功能,，復(fù)雜的幾何形狀，以及越來(lái)越小的尺寸,。然而,，目前制造這種部件的方法既昂貴又復(fù)雜。

為此,，研究人員開發(fā)了一種新的多材料數(shù)字光處理3D打�,。∕M-DLP3DP）工藝，以制造具有任意復(fù)雜形狀的金屬塑料復(fù)合結(jié)構(gòu),。負(fù)責(zé)該項(xiàng)研究的主要作者日本早稻田大學(xué)的Shinjiro Umezu教授,、Kewei Song先生和新加坡南洋理工大學(xué)的Hirotaka Sato教授在解釋這項(xiàng)研究背后的動(dòng)機(jī)時(shí)說(shuō)："機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正在以閃電般的速度發(fā)展。因此,，制造它們的技術(shù)也必須隨之發(fā)展,。雖然現(xiàn)有技術(shù)可以制造3D電路,，但堆疊平面電路仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。我們希望解決這個(gè)問題,，創(chuàng)造出功能強(qiáng)大的設(shè)備,，以促進(jìn)人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。"

MM-DLP3DP工藝是一個(gè)多步驟的過(guò)程,，首先是制備活性前體--在3D打印后可轉(zhuǎn)化為所需化學(xué)品的化學(xué)品,，因?yàn)樗�需化學(xué)設(shè)備被用來(lái)制造含有樹脂或活性前體的嵌套區(qū)域的微結(jié)構(gòu)。最后,，這些材品本身不能被3D打印,。在這里，鈀離子被添加到光固化樹脂中以制備活性前體,。這樣做是為了促進(jìn)無(wú)電解鍍（ELP）,，一個(gè)描述金屬離子在水溶液中自動(dòng)催化還原以形成金屬涂層的過(guò)程。接下來(lái),，MM-DL3DP料被直接電鍍,，并使用ELP將3D金屬圖案添加到其中。

△研究人員3D打印復(fù)雜的金屬塑料復(fù)合結(jié)構(gòu),，在三維塑料結(jié)構(gòu)的表面創(chuàng)建精確的圖案,。來(lái)源：早稻田大學(xué)

研究小組制造了各種具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的零件，以證明所提出的技術(shù)的制造能力,。這些零件具有多材料嵌套層的復(fù)雜結(jié)構(gòu),，包括微孔和微小的中空結(jié)構(gòu)，其中最小的結(jié)構(gòu)尺寸為40μm,。這些部件上的金屬圖案非常具體,，可以精確控制。該團(tuán)隊(duì)還制造了具有復(fù)雜金屬拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的3D電路板,，如使用鎳的LED立體電路和使用銅的雙面3D電路,。

研究人員說(shuō)："使用MM-DLP3DP工藝，可以制造出具有特定金屬圖案的任意復(fù)雜的金屬塑料3D部件,。此外,，使用活性前體選擇性地誘導(dǎo)金屬沉積可以提供更高質(zhì)量的金屬涂層。這些因素加在一起,，可以促進(jìn)高度集成和可定制的3D微電子的發(fā)展。"

新的制造工藝有望成為電路制造的一項(xiàng)突破性技術(shù),，可應(yīng)用于各種不同的技術(shù),，包括三維電子、超材料,、柔性可穿戴設(shè)備和金屬空心電極,。