La causa común del fallo de un dispositivo electrónico portátil es la falta de correspondencia entre un componente eléctrico rígido y un material blando y flexible que se adapta al movimiento del cuerpo humano, que se concentra en el estrés de la conexión entre los materiales duros y blandos y ahora los investigadores han creado Una nueva tecnología de fabricación de aditivos de electrones suaves, conocida como tecnología de impresión híbrida en 3D, integra tintas conductoras flexibles y poliuretanos termoplásticos (TPU) con componentes electrónicos rígidos en un solo dispositivo estirable, que los investigadores consideran personalizable , El primer paso para el uso de productos electrónicos, el costo es menor que el equipo actual, mientras que la estabilidad mecánica también es muy bueno.
Un dispositivo consistente en 12 diodos emisores de luz (LED) sobre una lámina de poliuretano termoplástico de panel plano producida por impresión 3D híbrida se dobló repetidamente en una forma cilíndrica, pero la intensidad de luz del LED no se redujo y el dispositivo no parecía estar mecánicamente mal funcionado. Valentine, Lori K. Sanders y Jennifer Lewis.
Este gran avance fue realizado por Jennifer Lewis Labs de la Universidad de Harvard Wisley Bio-Inspirado Instituto de Ingeniería y el Dr. Daniel Berrigan de la Harvard John Paulson Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) y J. American Air Force Research Laboratory y Michael Durstock , El comunicado de prensa en el sitio web del Instituto Wyss descrito a continuación describe el estudio en detalle, y la revista Advanced Materials publicó un documento sobre el estudio.
Estiramiento de la tinta conductora Fabricado en TPU con una hoja de papel mixta, impresa con tintas puras TPU y plata-TPU para crear el sustrato blando subyacente y electrodos conductores, respectivamente, y será el ingeniero del Instituto Wyss, pero ahora Alex Boston, estudiante de medicina en la Facultad de Medicina de la Universidad de Boston , Debido a que el sustrato y el electrodo contienen TPU, cuando se imprimen en las capas, antes de la fuerte adhesión entre sí antes de secarse juntos, el solvente se evapora, los dos tipos de tinta se curan para formar un suave y estirable Sistema integrado.
El proceso de impresión hace que las escamas de plata en la tinta conductora se auto alineen a lo largo de la dirección de impresión, de modo que sus lados planos en forma de placa se apilan uno encima del otro, tal como láminas superpuestas sobre el terreno forestal. La capacidad de la energía, el Dr. Will Boley dijo, 'puesto que la tinta y el sustrato son 3D impresos, podemos controlar totalmente la localización del patrón conductor de la característica y podemos diseñar el circuito para crear casi cada tamaño y forma del dispositivo electrónico suave, Estudiante postdoctoral del Laboratorio Lewis en SEAS y co-autor de este artículo.
Los investigadores respondieron a los cambios en la conductividad (es decir, cómo fueron detectados) por el sensor suave que consiste en el material conductor en el momento del estiramiento, junto con el microcontrolador programable chip para procesar los datos experimentales, y transmitir los datos en una forma comprensible para el hombre. Para lograr esto, los investigadores combinan el sensor blando impreso con el proceso digital pick and place, que aplica un vacío modesto a través de la boquilla de impresión vacía para recoger los componentes electrónicos y colocarlos en la superficie del sustrato de una manera programable específica El
Debido a que estos componentes eléctricos montados en superficie son inherentemente rígidos y rígidos, el equipo utiliza las propiedades de adhesión del TPU antes de conectarlo al sustrato de TPU blando subyacente, con un poco de tinta TPU bajo cada componente Una vez secado, El punto TPU ancla estas partes rígidas y distribuye el esfuerzo a través de la matriz, permitiendo que el dispositivo se estire al 30% manteniendo el rendimiento.El dispositivo compuesto de 12 diodos emisores de luz (LED) sobre un chip TPU plano hecho utilizando este método puede Flexión repetida para el cilíndrico, sin causar la reducción de la intensidad de luz LED o fallo mecánico del dispositivo.
Como prueba simple del concepto, el equipo creó dos dispositivos electrónicos suaves para demostrar la funcionalidad completa de esta tecnología de fabricación aditiva mediante la impresión de TPU y plata-TPU-electrodos de tinta sobre sustratos textiles y aplicarlos a través de métodos de picking y colocación Un chip controlador y un LED de lectura para producir un sensor de deformación, el dispositivo resultante similar a una manga que representa el grado de flexión del iluminador a través de los LED del iluminador a través de los electrodos de la capa conductora de las capas alternas por las capas alternas impresas y el TPU aislante Para formar un segundo dispositivo, es decir, un sensor de presión en forma de mano izquierda, para formar un condensador sobre un sustrato TPU flexible, procesándose el patrón deformado mediante un sistema manual de lectura eléctrica para producir una imagen visual del pie cuando la gente pone el pie sobre el sensor.
Cuando el equipo optimiza continuamente los materiales y los métodos, la impresión 3D mixta ha sido ampliamente utilizada para fabricar innumerables dispositivos electrónicos. Lewis dijo: "Hemos ampliado la paleta de materiales electrónicos imprimibles y ampliado la plataforma de impresión multi-material programable para Para realizar la selección digital de componentes electrónicos.
"Este nuevo enfoque es combinar el Instituto Wyss con muchos otros laboratorios", dijo el Director Fundador de Wyss, también profesor de biología vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y profesor de biología vascular en el Boston Children's Hospital y profesor de bioingeniería en Harvard SEAS. Un buen ejemplo del trabajo interdisciplinario de colaboración es que estamos construyendo el futuro combinando la exactitud física de la impresión 3D con la programación digital de componentes electrónicos.
El estudio fue apoyado por el Programa de Profesorado Vannevar Bush, GETTYLAB, y el Instituto Wyss de la Universidad de Harvard en la Agencia de Materiales y Manufactura del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y la Oficina de Investigación Naval de la UES.