In che modo il processo al plasma di Space Foundry interromperà l’elettronica stampata in 3D
Intervista esclusiva con il dott. Ram Prasad Gandhiraman, cofondatore di Space Foundry
Il mercato della stampa 3D elettronica è ancora abbastanza di nicchia, con solo una manciata di giocatori che offrono una soluzione commerciale ( mi vengono in mente Nano Dimension e Optomec ). Ciò non significa che cose entusiasmanti non stiano accadendo dietro le quinte, con vari gruppi di ricerca e start-up che esplorano approcci diversi per produrre additivi componenti elettronici e nuove applicazioni. Sul precipizio della commercializzazione c’è la startup Space Foundry della Silicon Valley, che ha aperto la strada a un processo al plasma per l’elettronica stampata in 3D.
Space Foundry è stata fondata dal Dr. Ram Prasad Gandhiraman, ex appaltatore presso il NASA Ames Research Center, e dal Dr. Dennis Nordlund dell’Università di Stanford. La coppia si incontrò alla NASA, dove il Dr. Gandhiraman era il principale investigatore del laboratorio di elaborazione del plasma ed entrambi stavano facendo ricerche sul plasma a pressione atmosferica. Quando il team di ricerca ha scoperto una svolta che potrebbe portare all’elettronica stampata, il Dr. Gandhiraman e il Dr. Nordlund hanno lasciato la NASA e hanno fondato Space Foundry.
Un nuovo approccio
La giovane ma promettente azienda ha portato sul tavolo un nuovo approccio per l’elettronica stampata in 3D. Cioè, mentre la maggior parte dei componenti elettronici stampati oggi si basano su inchiostri di alta qualità per produrre modelli conduttivi, la tecnologia di Space Foundry si basa sul plasma a pressione atmosferica per stampare e mettere a punto materiali conduttivi su substrati 3D. Di recente abbiamo parlato con il Dr. Gandhiraman della tecnologia innovativa dell’azienda per saperne di più sul processo e quando vedremo Space Foundry entrare nella sfera commerciale.
“Sono uno scienziato dei materiali con esperienza nella lavorazione del plasma”, ci dice. “Ho lavorato su plasma a bassa pressione e plasma a pressione atmosferica per una vasta gamma di applicazioni, dall’elettronica stampata alla fabbricazione di biosensori e altro ancora.
“Il metodo di stampa al plasma che abbiamo sviluppato è uno strumento di produzione additiva per la stampa di materiali elettronici su oggetti 3D. Può anche essere utilizzato insieme a stampanti 3D per stampare componenti elettronici mentre un oggetto viene prodotto in modo aggiuntivo. “
Il processo, prosegue, spiega, consiste in una testina di stampa brevettata che utilizza un sistema di erogazione di fluidi integrato con plasma per miscelare precursori e miscele di gas durante la stampa del materiale. Questo approccio consente all’utente di ottimizzare con precisione le proprietà conduttive del materiale di stampa. Inoltre, l’approccio non richiede un processo di post indurimento, richiesto da altre tecnologie di stampa 3D.
“Invece di fare affidamento su un inchiostro di alta qualità e quindi polimerizzarlo dopo la stampa, comprimiamo tutti questi passaggi in uno in cui è possibile prendere un inchiostro di bassa qualità, mettere a punto la struttura elettronica durante la stampa ed evitare la polimerizzazione”, aggiunge. “Anche se il costo del sistema è leggermente più elevato dal punto di vista dell’attrezzatura, riduciamo davvero il costo dei materiali di consumo utilizzando inchiostri di bassa qualità, pur continuando a ottenere stampe di alta qualità.”
All’interno del piccolo segmento della stampa 3D di elettronica, Space Foundry si distingue in un paio di modi. Per uno, il processo basato sul plasma può essere utilizzato con una vasta gamma di inchiostri a basso costo che possono essere adattati e sintonizzati durante il processo. Per un altro, non richiede alcun processo di post indurimento.
“Le tecnologie attuali si basano principalmente su inchiostri di alta qualità e devono anche essere sottoposte a cura”, afferma il dott. Gandhiraman. “La proposta di valore unico che abbiamo è che abbiamo un processo che si basa meno sulla qualità dell’inchiostro e produce ancora modelli stampati di alta qualità utilizzando inchiostri di bassa qualità.
“Abilitiamo anche cose che non possono essere stampate con altre tecnologie. Ad esempio, se si desidera stampare un metallo e quindi un dielettrico sopra con costante dielettrica variabile, è possibile utilizzare il processo al plasma per stampare più strati di materiale, uno sopra l’altro, con una struttura elettronica variabile. Abbiamo anche un controllo molto elevato sullo spessore delle stampe, perché utilizziamo un approccio di stampa a secco “.
In fondo, il Dr. Gandhiraman immagina che la tecnologia di stampa funzioni in tandem con i sistemi AM esistenti, diventando una parte indispensabile delle soluzioni additive per applicazioni elettroniche.
Applicazioni spaziali e oltre
Poiché il processo è stato inventato per la prima volta alla NASA – e con un nome come Space Foundry – ci sono inevitabilmente importanti applicazioni relative allo spazio per la tecnologia di stampa 3D al plasma. Tuttavia, il Dr. Gandhiraman sottolinea che ci sono anche molte altre potenziali applicazioni per il processo che potrebbero essere dirompenti.
“La tecnologia è stata inizialmente sviluppata per applicazioni di missione spaziale alla NASA”, afferma. “La NASA ha cercato di utilizzare le risorse in situ per la produzione nello spazio, consentendo agli astronauti di utilizzare i materiali a loro disposizione per realizzare dispositivi. Questo è un aspetto importante per noi. Tuttavia, questa startup è anche fortemente focalizzata su applicazioni industriali, per una vasta gamma di casi d’uso elettronici stampati, come interconnessioni stampate, antenne e sensori. “
Guardando un’applicazione immediata per il processo, il Dr. Gandhiraman ci parla delle interconnessioni. Secondo lui, l’esclusiva capacità della tecnologia di stampa elettronica consente agli utenti finali di stampare interconnessioni di alta qualità su una vasta gamma di substrati 3D flessibili, che potrebbero aiutare a superare le sfide esistenti relative a interconnessioni più tradizionali e substrati flessibili.
Portare la tecnologia ai clienti
All’inizio, i fondatori di Space Foundry avevano una grande decisione da prendere. Che tipo di azienda avrebbero iniziato? Dovrebbero concentrarsi sulla produzione delle apparecchiature di stampa, sull’acquisizione di ordini per prodotti finali o sulla concessione in licenza della tecnologia? Alla fine, hanno deciso di concentrarsi sulla tecnologia, sviluppandola e mettendola nelle mani dei clienti il più presto possibile. Questo approccio, spiega il Dr. Gandhiraman, era di consentire loro di garantire che la tecnologia fosse preziosa per gli utenti finali. Finora, Space Foundry ha implementato una manciata dei suoi sistemi con partner nei laboratori di ricerca (tra cui due macchine di Sandia) e ha ricevuto feedback positivi.
“L’obiettivo iniziale è rimanere come produttore di apparecchiature”, afferma. “Vogliamo mettere l’attrezzatura nelle mani dei nostri clienti. Finora, sono stati per lo più test alfa e beta dei prodotti con i laboratori universitari e federali. Non abbiamo ancora effettuato consegne ai clienti aziendali. “
Space Foundry sta pianificando un lancio ufficiale per il suo processo di stampa 3D elettronica già dal prossimo anno, dopo di che spera che i produttori aziendali adotteranno il suo sistema. Come parte della sua voce aziendale, la giovane azienda si concentrerà su verticali specifici in vista della produzione di massa. Per la produzione di alto valore e basso volume, Space Foundry vuole mantenerlo in casa.
“Ora siamo nella fase in cui possiamo davvero aumentare la produzione e portarla verso una verticale”, spiega il Dr. Gandhiraman. “Abbiamo già iniziato a parlare con alcuni giocatori aziendali qui nella Silicon Valley. Molte aziende sono interessate a esplorare questa tecnologia per una vasta gamma di applicazioni. Alcuni sono interessati alla stampa di conduttori su supporti flessibili, altri alle applicazioni di dispositivi medici, altri all’industria automobilistica e aerospaziale. “
Il dott. Gandhiraman conclude: “Poiché non avevamo una vasta esperienza nel settore manifatturiero degli additivi, ci siamo avvicinati a questo senza alcun pregiudizio. Volevamo davvero solo portare la tecnologia là fuori per vedere se le persone vedono valore. Finora è stato molto promettente e siamo lieti che i clienti stiano trovando la tecnologia utile. “
