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Waseda-Universität, Tokio, Japan

In den letzten Jahren hat das Forschungsinteresse am 3D-Druck von Metallmustern auf Kunststoffteilen aufgrund seines hohen Potenzials für die Herstellung von Elektronik der nächsten Generation exponentiell zugenommen. Die Herstellung solch komplexer Teile mit herkömmlichen Mitteln ist jedoch nicht einfach. Nun haben Forscher aus Japan und Singapur ein neues 3D-Druckverfahren zur Herstellung 3D-Metall-Kunststoff-Verbundstrukturen mit komplexen Formen entwickelt.

Dreidimensionale Metall-Kunststoff-Verbundstrukturen haben ein breites Anwendungspotenzial in der intelligenten Elektronik, Mikro-/Nanosensorik, Geräten für das Internet der Dinge (IoT) und sogar im Quantencomputing. Mit diesen Strukturen konstruierte Geräte verfügen über einen höheren Grad an Gestaltungsfreiheit und können komplexere Merkmale, eine komplexere Geometrie und zunehmend kleinere Größen aufweisen. Doch aktuelle Methoden zur Herstellung solcher Teile sind teuer und kompliziert.

Kürzlich hat eine Gruppe von Forschern aus Japan und Singapur ein neues Multimaterial-3D-Druckverfahren mit digitaler Lichtverarbeitung (MM-DLP-3DP) entwickelt, um Metall-Kunststoff-Verbundstrukturen mit beliebig komplexen Formen herzustellen. Die Hauptautoren Professor Shinjiro Umezu, Herr Kewei Song von der Waseda-Universität und Professor Hirotaka Sato von der Nanyang Technological University in Singapur erklärten die Motivation hinter der Studie: „Roboter und IoT-Geräte entwickeln sich rasant weiter.“ Daher muss sich auch die Technologie zu ihrer Herstellung weiterentwickeln. Obwohl die bestehende Technologie die Herstellung von 3D-Schaltkreisen ermöglicht, ist das Stapeln flacher Schaltkreise immer noch ein aktives Forschungsgebiet. Wir wollten dieses Problem angehen, um hochfunktionale Geräte zu schaffen, die den Fortschritt und die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft fördern.“

Der MM-DLP3DP-Prozess ist ein mehrstufiger Prozess, der mit der Herstellung der aktiven Vorläufer beginnt – Chemikalien, die nach dem 3D-Druck in die gewünschte Chemikalie umgewandelt werden können, da die gewünschte Chemikalie selbst nicht in 3D gedruckt werden kann. Dabei werden lichthärtenden Harzen Palladiumionen zugesetzt, um die aktiven Vorläufer herzustellen. Dies geschieht zur Förderung der stromlosen Beschichtung (ELP), einem Prozess, der die autokatalytische Reduktion von Metallionen in einer wässrigen Lösung zur Bildung einer Metallbeschichtung beschreibt. Als nächstes wird das MM-DL3DP-Gerät verwendet, um Mikrostrukturen herzustellen, die verschachtelte Regionen des Harzes oder des aktiven Vorläufers enthalten. Abschließend werden diese Materialien direkt plattiert und mit ELP mit 3D-Metallmustern versehen.

Das Forschungsteam stellte eine Vielzahl von Teilen mit komplexen Topologien her, um die Fertigungsmöglichkeiten der vorgeschlagenen Technik zu demonstrieren. Diese Teile hatten komplexe Strukturen mit ineinandergreifenden Schichten aus mehreren Materialien, einschließlich mikroporöser und winziger Hohlstrukturen, von denen die kleinste 40 μm groß war. Darüber hinaus waren die Metallmuster auf diesen Teilen sehr spezifisch und konnten präzise gesteuert werden.

Das Team stellte außerdem 3D-Leiterplatten mit komplexen Metalltopologien her, wie etwa eine LED-Stereoschaltung mit Nickel und eine doppelseitige 3D-Schaltung mit Kupfer.

„Mit dem MM-DLP3DP-Verfahren können beliebig komplexe Metall-Kunststoff-3D-Teile mit spezifischen Metallmustern hergestellt werden. Darüber hinaus kann die selektive Induktion der Metallabscheidung mithilfe aktiver Vorläufer zu qualitativ hochwertigeren Metallbeschichtungen führen. Zusammen können diese Faktoren zur Entwicklung hochintegrierter und anpassbarer 3D-Mikroelektronik beitragen“, sagten Umezu, Song und Sato.

Das neue Herstellungsverfahren verspricht eine bahnbrechende Technologie für die Herstellung von Schaltkreisen zu werden, mit Anwendungen in einer Vielzahl von Technologien, darunter 3D-Elektronik, Metamaterialien, flexible tragbare Geräte und metallische Hohlelektroden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Umezu Lab unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Juni-Ausgabe 2023 des Tech Briefs Magazine.

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