Innovazione nella stampa 3D di circuiti flessibili
Un team dell’Università Tecnologica di Dalian ha messo a punto una tecnica alternata per realizzare tracciati conduttivi di estrema finezza, pensata per dispositivi elettronici flessibili. Invece di spingere l’inchiostro attraverso un ugello, il liquido viene estratto da un ago grazie a una differenza di pressione controllata. Questa soluzione permette di disegnare “microfili” metallici con diametri anche inferiori a 10 micrometri, sino a 4 μm, sfruttando un inchiostro a nanoparticelle d’argento a elevata viscosità.
Meccanismo di formazione del microfilo
Il cuore del processo consiste nel posizionare l’ago vicino al substrato e modulare la pressione interna per aspirare l’inchiostro. Tra l’ago e la superficie si crea un ponte liquido stabile, che si assottiglia mentre l’ago viene sollevato, formando un filo. La rapida evaporazione del solvente solidifica il tracciato in tempo reale. Variando la velocità di sollevamento, la temperatura ambientale e la pressione esterna è possibile calibrare con precisione la sezione e la geometria del filo.
Prestazioni elettriche e meccaniche
Dopo un ciclo di post-trattamento termico, la resistività del tracciato scende a circa 2,5×10⁻⁷ Ω·m, valore vicino a quello dell’argento massiccio. Le microstrutture mostrano elevata resilienza: superano oltre 200 cicli di piegatura mantenendo le stesse proprietà conduttive. Tali caratteristiche rendono il sistema adatto a componenti indossabili, robotica soffice e sensori piezoelettrici.
Dimostratori e applicazioni pratiche
Il gruppo di ricerca ha realizzato diversi prototipi su un unico strato di substrato, senza dover ricorrere a circuiti multistrato o forature. Tra i dimostratori figurano:
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Griglie LED indirizzabili, impiegabili in display flessibili.
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Dispositivi di imaging termico su mica, utili in termografia portatile.
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Oscillatori e piccoli circuiti RF, integri anche dopo piegamenti ripetuti.
Confronto con tecnologie esistenti
Aziende come Optomec e Fujifilm offrono soluzioni di stampa aerosol-jet o inkjet per materiali conduttivi, ma le loro risoluzioni si attestano in genere sui 20–50 μm. Nano Dimension e Voxel8 sperimentano depositi di paste conduttive per elettronica 3D, con linee di spessore minimo di 30 μm. La tecnica proposta dall’Università di Dalian supera questi limiti, producendo microfilamenti unici con un singolo ago.
Materiali e compatibilità
L’inchiostro a base di nanoparticelle d’argento deriva da formulazioni già adottate in ambito industriale, come quelle di NovaCentrix o Johnson Matthey, ma adattato per viscosità più elevate. La rapidità di evaporazione controllata permette di estendere il metodo a polimeri conduttivi e inchiostri a base di rame.
Prospettive per l’industria elettronica
La stampa per aspirazione apre scenari differenti nella prototipazione e nella produzione su piccola scala. Aziende attive nel settore wearable, come FlexEnable, potrebbero integrare questa tecnica per sensori biometrici più sottili. Inoltre, il risparmio sui costi di maschere e fotolitografia rende l’approccio interessante per startup che sviluppano circuiti RF e MEMS in piccole serie.
