Использование 3D-схем является ключевым фактором в продолжении миниатюризации электроники, однако этот метод имеет серьёзные недостатки. Требование вспомогательных материалов и внешнего давления ограничивает возможности мелких производителей. Но исследовательская группа из Национального университета Сингапура (NUS) под руководством доцента Бенджамина Ти может найти решение. Они разработали способ создания автономных самовосстанавливающихся металлических структур без этих потребностей.
Назвав свою технологию CHARM3D, группа недавно опубликовала свои выводы . Эта технология позволяет использовать 3D-печать металлом для изготовления широкого спектра компактной электроники, включая носимые датчики, беспроводные системы связи и электромагнитные метаматериалы.
Одно из применений, которое команда определила для своей технологии, — здравоохранение. CHARM3D позволяет разрабатывать устройства для мониторинга жизненно важных показателей, которые являются полностью бесконтактными. Пациенту просто нужно расположиться рядом с датчиком, который может определять дыхание и другие жизненно важные показатели, даже не касаясь кожи пациента.
Кроме того, инженеры уже использовали CHARM3D для изготовления 3D-схем для носимых безбатарейных датчиков температуры, антенн для беспроводного мониторинга жизненно важных показателей и метаматериалов для манипуляции электромагнитными волнами. Команда считает, что эта технология может обеспечить более точную медицинскую визуализацию, например, микроволновую визуализацию рака груди для раннего обнаружения опухолей. Исследователи отмечают, что она также перспективна в передовых приложениях безопасности, таких как скрининг на скрытые устройства или контрабанду.
CHARM3D использует метод прямой чернильной записи (DIW), который уже применяется для изготовления 3D-схем. Однако DIW обычно использует материалы, которые не являются хорошими проводниками электричества, что требует вспомогательных материалов для удержания структуры. CHARM3D меняет это, включив в технологию металл Филда — эвтектический сплав индия, висмута и олова с низкой температурой плавления (62º Цельсия или 143,6º F). Он также быстро затвердевает, в отличие от большинства композитных чернил, обычно используемых в DIW.
Сочетание этих характеристик делает металл Филда превосходным материалом для прямой чернильной записи трёхмерных схем. CHARM3D использует его для изготовления сложных отдельно стоящих трёхмерных структур, таких как вертикальные буквы, кубические каркасы и масштабируемые спирали.
Команда Ти также подчёркивает самовосстанавливающиеся свойства продукта. Поскольку у него низкая температура плавления, простое применение термофена может восстановить сломанную цепь за считанные секунды.
Ти и его команда только начали изучать возможности технологии, лежащей в основе CHARM3D, и ищут возможности для коммерциализации своей работы. Они считают, что CHARM3D имеет огромные перспективы для промышленного производства и широкого внедрения сложных 3D-электронных схем.