Dessiner au lieu d’extruder, une technique d’impression 3D de circuits souples

Une équipe de l’université de Dalian, en Chine, a mis au point une méthode d’impression 3D susceptible de modifier la fabrication des circuits électriques souples. Grâce à une technique appelée fluid drawing printing, ils ont pu créer des structures conductrices en 3D d’une grande précision. En changeant légèrement de perspective, ils ont conçu des interconnexions complexes en 3D sans recourir à des processus coûteux ou impossibles à mettre à l’échelle.

Pour ceux qui ne sont pas familiers avec le sujet, les structures conductrices sont le chemin le long duquel le courant électrique circule dans un circuit. Actuellement, l’impression 3D de ces « chemins » est basée sur l’extrusion directe à travers des aiguilles de différentes tailles. Selon les chercheurs, cette méthode limite considérablement la résolution, car l’épaisseur des fils conducteurs est souvent déterminée par le diamètre interne de l’aiguille. Leur proposition consiste à dessiner les structures au lieu de les extruder. Quelle serait la différence ? Comment cette nouvelle technique fonctionne-t-elle ?

Contrairement à l’extrusion directe de structures conductrices, où le matériau conducteur est poussé à travers une aiguille et déposé sur un substrat, la technique proposée par l’équipe chinoise utilise un principe différent. La technique fluid drawing printing étire le filament à partir du substrat, le support, pendant que l’aiguille est soulevée, en tirant parti de la tension du matériau. Ce changement de perspective permet de créer des fils plus fins que le diamètre de l’aiguille elle-même, ce qui augmente la résolution et le contrôle. Alors que l’extrusion est limitée par la buse et dépend de l’équilibre entre la pression et la viscosité, la nouvelle technique ajuste l’épaisseur par la température, la vitesse et la pression de manière plus précise, sans compromettre la stabilité de la structure.

La technique a été testée avec des nanoparticules d’argent (AgNP) et de la polyvinylpyrrolidone (PVP). Pour que le processus fonctionne, les encres devaient avoir une viscosité spécifique. Les chercheurs ont donc évaporé le solvant composite à des températures de 25 et 100 °C. En augmentant la viscosité de manière contrôlée, l’encre devient un matériau idéal pour « dessiner » des structures sans s’effondrer pendant l’impression. Après ce processus, les structures ont été soumises à un traitement thermique qui a amélioré la conductivité.

Cette méthode n’est pas une simple curiosité de laboratoire. L’équipe a démontré son utilité en fabriquant des circuits fonctionnels, notamment des diodes électroluminescentes, des écrans d’imagerie thermique et des circuits multivibrateurs. Dans tous ces cas, les structures imprimées en 3D remplacent ou complètent les schémas plats traditionnels, ce qui permet des conceptions plus compactes. La technique est compatible avec différents substrats souples, c’est-à-dire le support physique sur lequel sont construits les circuits ou les structures électroniques. Cela en fait une option pour la fabrication d’appareils portables, d’appareils biomédicaux ou d’autres systèmes à géométrie complexe. L’étude a été publiée dans le numéro de mai de la revue Microsystems & Nanoengineering. Si le sujet vous intéresse et que vous souhaitez en savoir plus, vous pouvez lire la publication scientifique ici.

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