menu

Universitätsforscher entwickeln eine Methode zum 3D-Druck von tragbarer Elektronik

Am 27. Juli 2022 von Lisa S. veröffentlicht

Kürzlich erhielten Forscher des Fachbereichs Elektrotechnik an der University of South Florida (USF) ein Patent und einen offiziellen Zuschuss in Höhe von 369.574 Dollar von der National Science Foundation (NSF). Damit soll ein Verfahren entwickelt werden, mit dem Kupfer direkt auf Gewebe in 3D gedruckt werden kann. Das neue elektrochemische Verfahren stellt einen neuen Meilenstein in der Weiterentwicklung der tragbaren Elektronik dar.

In der heutigen Zeit haben sich elektronische Geräte in einem Maße entwickelt, wie man es sich vor einigen Jahrzehnten nicht hätte vorstellen können. Die Zeiten der klobigen Geräte, die nur einem einzigen Zweck dienten, sind längst vorbei. Heutzutage gibt es Smartwatches, multifunktionale Kopfhörer und sogar tragbare Computerbrillen, und es ist nicht undenkbar, dass tragbare Elektronik, die in die Kleidung eingebettet ist, in naher Zukunft möglich sein könnte. In einem Versuch, solche Technologien weiter voranzutreiben, haben Arash Takshi, außerordentlicher Professor am Fachbereich Elektrotechnik, und Sylvia Thomas, Interim-Vizepräsidentin und Professorin für Forschung und Innovation an der USF, eine neue Methode entwickelt, die sich Wasserstoff-Evolutions-unterstützte (HEA) Galvanisierung nennt und es ermöglicht, Kupfer direkt auf Textilien zu drucken.

Professor Arash Takshi bei der Arbeit (Bildnachweis: USF)

Tragbare Elektronik mit 3D-Kupferdruck erstellen

Das neue Verfahren besteht aus zwei Schritten der additiven Fertigung. Zunächst wird mit Hilfe der Laserdrucktechnik eine leitfähige Schablone auf das Gewebe aufgebracht. Dabei wird das Gewebe karbonisiert, was seine Stabilität erhöht und es haltbarer macht. Im nächsten Schritt wird mit Hilfe von galvanischem Kupfer ein durchgehendes Kupfermuster erzeugt, das das Schaltungslayout des elektronischen Bauteils auf dem Gewebe bildet. Die speziell entwickelte Düse, die auf einem 3D-Drucker montiert ist, ermöglicht eine lokale Galvanisierung und macht es möglich, das Kupfer in den Verbindungsstellen zwischen den Anschlüssen der elektronischen Komponenten und dem gedruckten Schaltungslayout wachsen zu lassen und sie bei Raumtemperatur zu verlöten. Der Hauptunterschied zwischen der neu eingeführten Methode und der bisherigen Vorgehensweise besteht darin, dass bei der Methode von Takshi und Thomas die während des Prozesses angelegte Spannung erhöht wird, was letztlich dazu führt, dass die Wasserelektrolyse zur gleichen Zeit stattfindet, in der das Kupfer wächst, wodurch der Prozess schneller abläuft und die mechanische Stabilität der gedruckten Struktur verbessert wird.

Professor Arash Takshi erklärt: „Die derzeitige Technologie für tragbare Elektronik basiert hauptsächlich auf dem Druck von leitfähigen Tinten, die aus Nanopartikeln aus Metallen und/oder Kohlenstoff bestehen. Das Verfahren beruht auf der physikalischen Verbindung von Nanopartikeln nach dem Trocknen des Musters. Der hohe elektrische Widerstand einer Leiterbahn aus leitfähigen Nanopartikeln beschränkt die Anwendungen jedoch auf einfache tragbare Elektronikdesigns. Diese sind für empfindliche Messungen und Anwendungen mit hohen elektrischen Strömen nicht geeignet.“ Dank dieser zweistufigen additiven Fertigungsmethode wäre es möglich, diese länger haltbaren Wearable-Technologien herzustellen, ohne die Gewebe zu beschädigen, wie es bei Methoden wie dem Löten oft der Fall ist.

Mit dem kürzlich erhaltenen Patent und der finanziellen Förderung durch die NSF könnte die vielversprechende neue Methode weiterentwickelt und bald in zukünftigen Projekten in verschiedenen Bereichen wie dem Gesundheitswesen, dem Militär oder sogar der Raumfahrt eingesetzt werden. So könnten beispielsweise Soldaten neue intelligente Anzüge tragen, die sie im Kampf unterstützen, oder Astronauten könnten Anzüge tragen, die ihnen bei Weltraummissionen von Nutzen sind. Die Technologie könnte sogar zur Überwachung des Gesundheitszustands von Patienten eingesetzt werden. Die Forscher sind sich sicher, dass die Technologie zwar noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit erfordert, bis sie eingesetzt werden kann, dass sie aber eines Tages unser Leben in vielerlei Hinsicht erleichtern wird – dank der leichter zu realisierenden tragbaren Elektronik. Mehr darüber können Sie in der Pressemitteilung HIER lesen.

Was halten Sie von dieser neuen Methode? Lassen Sie uns dazu gerne einen Kommentar da oder teilen Sie es uns auf FacebookTwitterLinkedIN oder Xing mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter!

*Titelbildnachweis: USF

Ein Kommentar

Nehmen Sie an der Diskussion teil und schreiben Sie uns Ihre Meinung.

  1. Gut zu wissen, wie die Elektrotechniker die Forschung voranschreiten lassen. Innovative Ideen sind immer gefragt. Vor allem mit dem 3D-Druck.

Hinterlassen Sie ein Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.

de_DEen_USes_ESfr_FRit_IT
Bleiben Sie auf dem Laufenden
Erhalten Sie jeden Mittwoch eine Zusammenfassung der neusten News rund um den 3D-Druck

3Dnatives is also available in english

switch to

No thanks