Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
Una nuova tecnologia potrebbe cambiare il modo in cui vengono realizzati i circuiti elettronici destinati a superfici curve e tridimensionali. Un gruppo di ricerca guidato da Ethan Secor, professore associato di ingegneria meccanica alla Iowa State University e cofondatore della startup Contour Circuits, sta sviluppando un sistema basato sull’aerosol jet printing, capace di depositare materiali elettronici con elevata precisione anche su geometrie complesse.
L’obiettivo è superare i limiti della produzione tradizionale, normalmente legata a superfici piatte, e arrivare a circuiti integrati direttamente sulla struttura tridimensionale del componente.
Come funziona la stampa a nebulizzazione per l’elettronica 3D
A differenza delle normali stampanti a getto d’inchiostro, l’aerosol jet printing trasforma l’inchiostro liquido in una nebbia molto fine. Un flusso di gas trasporta quindi l’aerosol attraverso un ugello, permettendo di realizzare tracciati con dimensioni comprese tra 10 e 100 micron.
Il gruppo di ricerca sta combinando questa tecnologia con robotica, software e sistemi di monitoraggio in tempo reale, così da controllare con maggiore precisione la deposizione dei circuiti sulle superfici curve. Una delle configurazioni sviluppate prevede il montaggio della stampante su un braccio robotico articolato, che permette all’ugello di muoversi anche su superfici non piane.
Applicazioni pratiche della stampa su superfici curve
La possibilità di depositare circuiti direttamente su oggetti tridimensionali apre la strada a sensori e altri dispositivi elettronici che difficilmente possono essere realizzati attraverso i tradizionali processi basati su superfici piatte. La ricerca punta infatti alla cosiddetta conformal printing, cioè alla realizzazione di elettronica capace di seguire la forma del componente.
Le applicazioni potenziali indicate dal progetto riguardano diversi ambiti, tra cui energia, sanità, produzione industriale, aerospazio, comunicazioni e sicurezza.
I vantaggi della stampa 3D su superfici tridimensionali
Il principale elemento di novità è la possibilità di portare la stampa elettronica direttamente su geometrie complesse. Il sistema robotico consente infatti di spostare l’ugello lungo superfici che non sono piatte, anche se questo introduce nuove difficoltà legate al posizionamento e alla pianificazione dei movimenti.
La sfida è quindi ottenere una precisione sufficiente a produrre circuiti elettronici affidabili su forme tridimensionali. È proprio questo uno degli obiettivi centrali del lavoro che il gruppo sta portando avanti.
Mist-based printing: precisione e scalabilità
La ricerca non si limita alla possibilità di stampare circuiti su superfici curve. Il team sta studiando anche nuovi materiali per gli inchiostri, con l’obiettivo di rendere l’elettronica stampata più resistente alle condizioni ambientali estreme, comprese le variazioni di temperatura che si verificano nello spazio.
Un altro fronte riguarda la deposizione simultanea di materiali differenti. L’idea è poter modificare la composizione del materiale durante il processo, passando da una stampa uniforme a una sorta di “scala di grigi” dei materiali, con un controllo maggiore sulle proprietà elettriche e fisiche dei componenti prodotti.
Nuove prospettive per la stampa di circuiti su superfici curve
La tecnologia viene sviluppata pensando anche agli ambienti nei quali l’elettronica deve continuare a funzionare nonostante condizioni particolarmente difficili. Il gruppo sta studiando in particolare i problemi che possono verificarsi nei punti di collegamento tra semiconduttori al silicio e circuiti elettronici di dimensioni maggiori.
La ricerca ha ricevuto un finanziamento dalla National Science Foundation, mentre la NASA sostiene gli sforzi di commercializzazione. Contour Circuits ha inoltre ottenuto un contratto Small Business Technology Transfer da 150.000 dollari per portare avanti lo sviluppo della tecnologia.
Cosa cambia per il settore dell’elettronica industriale
Dietro il progetto c’è anche un approccio orientato alla personalizzazione dell’hardware. Secor ha iniziato a occuparsi di elettronica stampata lavorando sugli inchiostri al grafene, per poi ampliare la ricerca a elettronica flessibile, elettronica a metallo liquido, microsupercondensatori e batterie agli ioni di litio.
Il gruppo oggi costruisce e modifica direttamente i propri sistemi di stampa, invece di affidarsi esclusivamente a macchinari commerciali. Questa possibilità consente ai ricercatori di intervenire sull’hardware, comprenderne il funzionamento e modificarlo in base alle esigenze della ricerca.
Fonte: Interesting Engineering
