Herkömmliche Leiterplatten sind fast immer flach und zweidimensional. Doch ein Forschungsteam der National University of Singapore hat den Schaltungsdruck mithilfe einer intelligenten neuen Technologie namens CHARM3D in die dritte Dimension gebracht. Sie sind nicht nur dreidimensional, diese gedruckten Schaltkreise sind auch selbstheilend.

Da die Komponenten vertikal statt flach gestapelt werden, können sie gestapelt werden, was bedeutet, dass unsere Elektronik viel weniger Platz beansprucht – und heutzutage möchten wir alle, dass unsere Geräte kleiner und schlanker sind. Doch um dreidimensionale Schaltkreise zu realisieren, sind bestehende Methoden wie Direct Ink Writing (DIW) eine Herausforderung. Diese Technologien nutzen spezielle Verbundtinten, erfordern Hilfsstoffe, sind hochviskos und langsam.

CHARM3D verfolgt einen völlig anderen Ansatz und nutzt einige clevere Materialeigenschaften. Es verwendet eine Metalllegierung namens Field-Metall aus Indium, Wismut und Zinn. Diese Legierung hat einen sehr niedrigen Schmelzpunkt von etwa 62 °C, fließt reibungslos und verfestigt sich schnell selbst.

Die einzigartige Kombination dieser Eigenschaften hilft CHARM 3D beim Drucken ultraglatter, gleichmäßiger dreidimensionaler Metallmikrostrukturen mit einer Breite von 100 bis 300 Mikrometern, was etwa so dünn wie ein paar Haare ist. Zu den Strukturen gehören auch kubische Rahmen, vertikale Buchstaben und einziehbare Spiralen.

Die gedruckte Struktur kann auch Schäden durch Selbstheilung verursachen. Wenn Schaltkreise zerkratzt oder verformt werden, erhitzen Sie sie einfach über ihren niedrigen Schmelzpunkt hinaus und sie verfestigen sich wieder in ihrer ursprünglichen Form. Dadurch wird der Kreislauf langlebiger und sogar recycelbar.

Die Möglichkeiten hier sind riesig. Wie die Forscher erwähnten, ist es aufgrund der hohen Auflösung, des schnellen Druckens (bis zu 100 Millimeter pro Sekunde) und der Fähigkeit, komplexe 3D-Formen zu erstellen, für alle möglichen coolen Dinge nützlich.

Die vielleicht größte von Forschern festgestellte Anwendung ist das Gesundheitswesen. Stellen Sie sich vor, Sie tragen intelligente Kleidung mit 3D-gedruckten Sensoren, die Ihre Vitalfunktionen überwachen können, ohne Ihre Haut zu berühren. Es könnte auch zu einer präziseren medizinischen Bildgebung führen, beispielsweise zur Früherkennung von Brustkrebstumoren mithilfe von Mikrowellen. Das Team hat die Technologie genutzt, um tragbare, batterielose Temperatursensoren, Antennen für die drahtlose Überwachung von Vitalfunktionen und Metamaterialien zur Manipulation elektromagnetischer Wellen zu entwickeln.

Benjamin Tee, außerordentlicher Professor an der Universität, der die Forschung leitete, sagte: „CHARM3D bietet eine schnellere und einfachere dreidimensionale Metalldruckmethode. Als Lösung für die Herstellung fortschrittlicher elektronischer Schaltkreise gibt es große Hoffnung für die industrielle Produktion und die weit verbreitete Einführung komplexer dreidimensionaler elektronischer Schaltkreise.“

Natürlich haben die Forscher noch viel Arbeit vor sich. Sie hoffen, CHARM3D auf eine Vielzahl anderer Metall- und Strukturanwendungen anwenden zu können. Das Forschungsteam erkundet außerdem Möglichkeiten zur Kommerzialisierung, um die Technologie einer breiteren industriellen Nutzung zugänglich zu machen. Die vollständige Studie finden Sie in einem Artikel, der in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.