Forscher der University of California Los Angeles (UCLA) haben ein zweistufiges Verfahren entwickelt, mit dem sie eigenen Angaben zu Folge elektronische Komponenten deutlich einfacher und fünfmal so schnell mit einem 3D-Drucker herstellen können. Einsatzbereiche sind zum Beispiel deutlich kompaktere Antennen für die neuesten Smartphone-Generationen. Wir stellen die Forschungsarbeit einmal vor.

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Fünfmal schneller als üblich lässt sich mit einem von Forschern der University of California in Los Angeles entwickeltem Verfahren 3D-gedruckte Elektronik herstellen, wie die US-Universität in einer Pressemitteilung erklärt. Das zweistufige Verfahren kleidet 3D-gedruckte Formen mit elektrostatischen Ladungen aus und taucht es mehrmals in ein mit elektronisch leitenden Materialien gemischtes Harz. Bei jedem Eintauchen der Form in das Harz wird eine weitere Schicht erzeugt, bis sich eine 3D-Struktur gebildet hat. Die Ergebnisse ihrer Forschung veröffentlichten sie im Nature Electronics Journal im Artikel mit dem Titel „Charge-programmed three-dimensional printing for multi-material electronic devices“.

Viele Vorteile, aber aufwendig

Der 3D-Druck elektronischer Komponenten bietet viele Vorteile. 2018 hat die Carnegie Mellon University aus den USA ein neues „Aerosol Jet“-Verfahren vorgestellt, das auf 3D-Druck für Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien setzt und längere Laufzeiten bei Smartphone-Akkus verspricht. Unternehmen ziehen im Moment noch herkömmliche Methoden dem 3D-Druck elektronischer Komponenten vor, da dabei ein sehr aufwendiges Multiprozess-Herstellungsverfahren zum Einsatz kommt. Es erfordert eine Druckpause, bei der das verwendete Material außerdem für die gewählte 3D-Drucktechnik optimiert sein muss. Das ist umständlich und schränkt die Anwendungsmöglichkeiten ein. OPTOMEC, sehr erfolgreich in dieser Branche, expandierte 2016 mit seinen Elektronik- und Metall-3D-Druckern nach Asien.

Details zu dem zweistufigen Verfahren

Mit der zweistufigen Methode der Samueli School of Engineering der UCLA wird die Produktionszeit 3D-gedruckter Elektronik in vorprogrammierten 3D-Formen oder Designs erheblich verkürzt. Ein optischer 3D-Drucker strukturierte im ersten Schritt 3D-Formen mit vorprogrammierten elektrostatischen Ladungen. Diese werden in eine elektrisch leitende Lösung aus Kupfer getaucht. Das Material organisierte sich und hielt sich an den Formen fest. So sind Teile mit Details bis zu einer Größe von einigen Zehntel Millimetern realisierbar. Leitende Materialien werden dabei mit der elektrostatischen Anziehung sofort in jedes vorgefertigte 3D-Merkmal programmieren.

Die neue Methode eignet sich zum Beispiel für leichtere, kompaktere Antennen für die nächste Generation von Smartphones und 5G-Kommunikation oder neue Klassen von Sensoren und intelligenten Materialien für Wearables, erklärt Assistenzprofessor Xiaoyu Zheng in der Mitteilung. Über die neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet zum 3D-Druck elektronischer Komponenten berichten wir auch in Zukunft im 3D-grenzenlos Newsletter (hier abonnieren).

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