EXAMEN
Récemment, une équipe de recherche interdisciplinaire à travailler ensemble pour développer un nouveau type de technologie de fabrication additif pour l'électronique flexible, aussi appelé « l'impression mixte 3D, » il encre conductrice flexible, matériau de matrice flexible, composants électroniques rigides intégré dans un seul des dispositifs électroniques flexibles extensibles.
mot-clé
La souplesse, la technologie portable, fabrication additif, le capteur
fond
Afin d'adapter au mouvement libre du corps, la peau doit être en mesure de se plier et de se étirer. De même, les vêtements portés sur le corps, pour le confort, dans les muscles et les articulations doivent aussi avoir la flexibilité. De ce fait, les tissus synthétiques comme spandex très populaires dans le sportswear.
appareils électroniques portables sont généralement utilisés pour suivre et mesurer le mouvement du corps, ils doivent aussi avoir des propriétés similaires à la peau: flexible.
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
À l'heure actuelle, les composants électroniques intégrés dans un matériau de matrice rigide dans la mimique de la peau, il est avéré assez difficile. Ces composants ne peuvent pas être le même que le matériau souple est étiré, dispersé sur la force appliquée. Parce qu'ils ne sont pas la flexibilité dans la connexion de l'ensemble souple et rigide produira une concentration de contraintes, entraînant une défaillance fréquente du dispositif portable.
innovation
Récemment, l'Université de Harvard Davis Biologiquement Institut d'ingénierie Inspired (Institut Wyss pour Biologiquement génie Inspired) Dr Jennifer laboratoire scientifique de Lewis, John Paulson Collège des sciences appliquées et de génie, Université de Harvard (SEAS), le Laboratoire de recherche sur l'US Air Force Dr J. Daniel Berrigan et le Dr Michael travail Durstock ensemble pour concevoir un nouveau type de technologie de fabrication additif pour l'électronique flexible, également appelé " Impression mixte 3D « Ce encre conductrice flexible, un matériau de matrice flexible, des composants électroniques intégrés dans un seul semi-rigide, souple étirable dans le dispositif électronique.
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
Premier auteur Alex Valentine, lorsque l'étude est terminée, un ancien directeur de l'Institut des ingénieurs Davis, maintenant un étudiant en médecine à Boston University School of Medicine. Il dit:
« Grâce à cette technologie, les capteurs électroniques seront en mesure d'imprimer directement sur le matériau, numérique Choisissez et lieu ( pick-and-place ) Les composants électroniques, des lignes d'interconnexion conductrices imprimées, un circuit électronique complète du capteur pour produire des signaux de données entre le moment peut être « lu ». "
technologie
Une encre conductrice souple élastomère de polyuréthanne thermoplastique ( TPU ) En une matière plastique flexible qui est mélangé avec des paillettes d'argent. TPU et d'argent purs -TPU encres d'impression peuvent être utilisés, de tels dispositifs sont fabriqués sous-jacent matériau de substrat flexible et une électrode conductrice.
Valentine a expliqué:
« Parce que la matrice d'électrodes et contient le TPU, quand ils sont imprimés en couches ensemble, avant le séchage, sera une forte adhérence entre eux. Lorsque le solvant a été évaporé, deux encres sont solidifiés pour former un tronçon courbé du système intégré à son tour, ".
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
Procédé d'impression de telle sorte que la feuille d'encre conductrice en argent est aligné le long d'une direction d'impression. Ainsi, plan, feuille en forme de feuille d'argent de côté sont disposés en couches, laminées ensemble comme les mêmes que les feuilles sur le sol de la forêt. Cet agencement structurel augmente leur capacité à conduire l'électricité le long des électrodes d'impression. Laboratoire stagiaire post-doctoral à l'SEAS Lewis, le Dr Will Boley co-auteur, a déclaré:
« Parce que l'encre et le substrat imprimé est en 3D, où se situe la fonction de contrôle complet des motifs conducteurs, la conception de circuit, appareil électronique flexible pour créer presque toutes les tailles et la forme. »
Le capteur flexible d'un matériau conducteur, une puce de commande programmable, lit l'équipement. Un matériau conducteur, lorsqu'il est étiré varier sa conductivité (faible mouvement est détecté), la puce de commande de traitement de données, l'appareil de lecture d'une manière compréhensible pour l'homme de communication de données. Les chercheurs afin de créer un tel capteur, le capteur et le souple imprimé numérisé " Choisissez et processus de lieu « Combination. Digitized » pick and processus de place « dans un mode de programmation spécial, imprimer la buse (couramment utilisé pour jet d'encre) pour former un vide modéré, pour ramasser les composants électroniques, sont placés à la surface du substrat.
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
Parce que ce montage en surface des composants électroniques (par exemple: LED, une résistance, une puce) sont raides et rigides, l'équipe en utilisant les propriétés adhésives de TPU, avant la coller chaque composant au TPU de substrat flexible ci-dessous, donnera composants TPU recouverts d'un peu d'encre. Une fois sec, TPU peut être fixé sur les composants de point rigides dispersées dans la matrice et par le stress, de sorte qu'un dispositif entièrement assemblé peut être étiré jusqu'à 30%, tout en maintenant complètement fonctionnel. En utilisant ce procédé, la pâte 12 par rapport au plan de la puce à LED TPU conçu de tels dispositifs peuvent être plié à plusieurs reprises en une forme cylindrique, et ne diminue pas la luminosité de la lampe à LED, ou provoquer des dommages mécaniques à l'appareil.
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
Pour une simple preuve de concept, l'équipe a conçu deux dispositifs électroniques flexibles telle démonstration de la technologie de fabrication additive d'un pleinement fonctionnel . L'un est capteur de contrainte Il -TPU- par TPU et de l'électrode d'encre d'argent imprimée sur le substrat en tissu, et en ajoutant une puce de microcontrôleur LED et un lecteur par l'intermédiaire du « pick and place » Procédé pour préparer une « manchette » General dispositif portable. Il est possible de allumée en continu par LED, qui indique le degré de courbure du bras de l'utilisateur.
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
Un autre dispositif est Capteur de pression Qui a la forme d'une empreinte de pied humain, en imprimant alternativement une couche conductrice électrode d'argent TPU -TPU et isolant, constitué d'un condensateur de TPU souple situé au-dessus du substrat. TPU motif de déformation matrice à traiter est lu par un système électrique manuel, quand une personne a assisté au-dessus du capteur lorsque la forme du pied par un visuel « carte hot spot ».
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
valeur
Pour l'équipe grâce à l'optimisation continue des matériaux et des méthodes, la technologie d'impression 3D mixte devrait largement utilisé dans la fabrication d'une variété de dispositifs électroniques. Un auteur correspondant du papier, de la faculté noyau diplômé Davis, MERS professeur d'ingénierie bio-inspiré Lewis dit:
" Nous avons développé non seulement le champ d'application des matériaux électroniques portables, et notre programmable, plate-forme d'impression multi-matériaux pour la numérisation à élargissons « pick and place » composants électroniques. Nous pensons que c'est vers la fabrication de mesure, à faible coût, les propriétés mécaniques robustes Wearable dispositif électronique franchi une étape importante. "
(Source: Université Harvard Davis Inspired Engineering Institute Biologiquement)
directeur fondateur du professeur de biologie vasculaire Weiss, MD, Ph.D., de la Harvard Medical School et l'Hôpital pour enfants de Boston Vascular Biology Project, professeur de génie biologique de Harvard SEAS Don Ingber a déclaré:
" Cette nouvelle approche est un modèle de collaboration interdisciplinaire La coopération interdisciplinaire est Institut Davis et les différences que de nombreux autres instituts de recherche. La combinaison de précision et de programmation numérique technologie d'impression 3D, des composants électroniques, nous construisons progressivement l'avenir. "
Documents de référence
[1] https://wyss.harvard.edu/low-cost-wearables-manufactured-by-hybrid-3d-printing/
[2]
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