Электронные схемы больше не привязаны к плоским платам. Инженеры Университета штата Айова разработали метод аэрозольной струйной печати, который наносит проводящие дорожки прямо на изогнутые детали, корпуса и сложные трёхмерные поверхности.
Устройство преобразует жидкие чернила в мелкодисперсный туман. Газовый поток доставляет микроскопические капли к соплу и фокусирует аэрозоль в узкую струю, способную создавать элементы размером 10–100 мкм. Бесконтактное нанесение позволяет работать в местах, где традиционный печатающий инструмент не пройдёт из-за геометрии детали. Аналогичный принцип уже применяют проводящие чернила для формирования электродов прямо на коже.
Переход от плоскости к объёму создаёт серьёзные трудности. Сопло должно постоянно удерживать правильные расстояние и угол к поверхности. Малейшее отклонение меняет ширину линии, толщину покрытия и электрические свойства. Команда Итана Секора объединила печать с робототехникой, программным управлением и мониторингом в реальном времени.
Экспериментальный принтер закрепили на шарнирном роботизированном манипуляторе. Такая конструкция движет сопло вдоль изгибов детали, но требует намного более сложных расчётов траектории и точного совмещения рисунка с геометрией объекта. Задача близка к другим направлениям трёхмерной электроники, где схема должна повторять форму поверхности вместо размещения на привычной плоской подложке.
Команда работает одновременно на нескольких фронтах. Инженеры создают собственное оборудование и программное обеспечение, совершенствуют подачу материала и разрабатывают чернила, которые выдерживают резкие перепады температуры. Отдельное направление сосредоточено на космической электронике, где уязвимое место часто находится в соединении полупроводникового кристалла с основной схемой.
NASA выделила стартапу Contour Circuits, основанному Секором и бывшим аспирантом Джереми Руропом, контракт на $150 тыс. для развития и коммерциализации технологии. Возможные применения включают датчики, антенны, энергетические системы, медицинские устройства, авиационные и коммуникационные компоненты, системы мониторинга. Печатные функциональные элементы постепенно появляются и в более простых устройствах, включая датчики из необычных проводящих материалов.
Аэрозольная печать пока не решает полностью проблему надёжности. На сложных поверхностях трудно получить одинаковые дорожки на каждом участке и повторить результат в серийном производстве. Исследователи сосредоточены на автоматической коррекции параметров и возможности смешивать несколько материалов прямо во время нанесения. По сути конформная печать превращает корпус или конструктивную деталь в основу готовой электроники.
Секор планирует сосредоточить основные усилия на этой технологии в течение двух-трёх лет. Цель команды — вывести аэрозольную печать за рамки лабораторных испытаний и добиться воспроизводимости, необходимой для практических устройств. Университетская команда развивает систему на всех уровнях: от состава чернил и механики струи до роботизированного движения и программного контроля.
Другие лаборатории идут к этой же цели через новые материалы. Финские инженеры создали гибкую электронику, которая растягивается и может работать как чувствительная оболочка для роботизированных систем.
Ещё одно направление связано с электроникой, которую можно производить почти как обычную полиграфию. Исследователи уже экспериментируют с печатными компонентами для компактных автономных датчиков. Способность наносить схемы прямо на готовые трёхмерные объекты может устранить барьер между конструкцией устройства и его электронной частью.
