打開任何一款電子產(chǎn)品，其內(nèi)部構(gòu)造中都包含電路板、零部件和電線。將這些材料組裝稱一部如手機(jī)這樣的產(chǎn)品是一個(gè)繁瑣且勞動密集型的過程。現(xiàn)在，一種印制三維電子產(chǎn)品的方式已經(jīng)被開發(fā)出來，這也使得將電路和零部件整合進(jìn)構(gòu)成該產(chǎn)品的材料之中，例如手機(jī)外殼。這種制作電子產(chǎn)品的新方式可以算作是革命性的。
印制電子產(chǎn)品已經(jīng)不是什么新鮮事了，絲網(wǎng)印刷、平版印刷、噴墨和其他工藝在很早之前就已經(jīng)被用于制作電路板和零部件。但是科技的發(fā)展十分迅速，印制電子產(chǎn)品的方式也變得多種多樣。在最新的研發(fā)成果中，電子產(chǎn)品印制和“添加制造業(yè)”被結(jié)合了起來，這種方法使用了著名的3D打印機(jī)來制作實(shí)體物件，無需原材料，一次一層。
油墨的變化
印制電子產(chǎn)品需要擁有電氣性能的“油墨”來充當(dāng)導(dǎo)體、電阻或半導(dǎo)體的作用。這類油墨正變得越來越通用。其中一個(gè)例子來自于施樂，一家生產(chǎn)辦公設(shè)備及商業(yè)印刷系統(tǒng)的美國公司。公司位于加拿大的研發(fā)中心開發(fā)出了一種可以在塑料或織物等材質(zhì)上直接印制柔性電子電路的銀油墨。
相對于傳統(tǒng)銅制電路板，銀的導(dǎo)電性更優(yōu)秀，但銀的成本較高且印制方式更加復(fù)雜（銀的熔點(diǎn)為962℃，比銅低）。但是，通過將銀制作成5納米大小的粒子，施樂研制出了一種熔點(diǎn)低于140℃的銀油墨。施樂實(shí)驗(yàn)室研究主任Paul Smith表示，這樣一來，這種銀油墨只使用了極少數(shù)量的銀，不會像化學(xué)蝕刻過程那樣產(chǎn)生浪費(fèi)，可以被使用在噴墨和其他相對便宜的印制方式上。
位于加州帕洛阿爾托的施樂PARC研發(fā)中心正在開發(fā)使用這類油墨的方式。這類油墨可以被用來印制多種部件的電路，包括柔性顯示屏、傳感器和射頻防盜標(biāo)簽天線。隨著添加制造業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)，在產(chǎn)品上直接印制這類部件開始變成現(xiàn)實(shí)。
這還包括那些形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。位于新墨西哥州阿爾布開克的Optomec公司開發(fā)出了可用于多個(gè)行業(yè)的添加制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以直接在一副眼鏡上印制“現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)”電子設(shè)備；可以制作使用內(nèi)嵌電子設(shè)備測量水位并控制水泵開關(guān)的塑料水箱；還能印制軍用裝甲中的傳感器；或是手機(jī)外殼上的天線。
在最近的一次三方協(xié)作中，Optomec同美國無人機(jī)制造商Aurora Flight Sciences，以及3D印刷公司Stratasys共同合作，為一架小型無人駕駛飛機(jī)制作除了智能機(jī)翼。該機(jī)翼使用熱塑性材料，通過Stratasys的3D打印機(jī)制造。Optomec接著使用了一種被稱作Aerosol Jet的工藝來印制電路、傳感器和機(jī)翼上的天線。這種技術(shù)能夠允許小型無人駕駛飛機(jī)為了特定任務(wù)被定制并按要求印制。
Optomec總裁Dave Ramahi稱，3D印制的電子設(shè)備讓在單臺機(jī)器上印制整個(gè)產(chǎn)品（而非將許多不同的零部件組裝起來）變得可能。但他認(rèn)為，這種技術(shù)想要真正發(fā)展壯大，需要使用一種漸進(jìn)的商業(yè)化方式。也就是說可以在某種現(xiàn)存的量產(chǎn)工藝中應(yīng)用該技術(shù)，例如在手機(jī)外殼上印制天線。許多手機(jī)使用了不同的天線來連接不同的無線網(wǎng)絡(luò)，為內(nèi)部傳統(tǒng)電子元件留出更多空間。Ramahi補(bǔ)充道，該技術(shù)的一些商業(yè)應(yīng)用可以在不到一年的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
那么將一款手機(jī)中的所有部件直接印制出來的難度究竟有多大呢？Optomec正在開發(fā)的應(yīng)用方式能夠提供其中的一些必要部件。除了天線之外，還包括顯示屏邊沿電路、三維芯片連接、多層電路和觸屏部件。另外，電池也可以被印制出來。其中的最大挑戰(zhàn)是印制手機(jī)的“大腦”，也就是芯片。其一平方毫米的面積上就包含數(shù)以百萬計(jì)的晶體管，而目前芯片制造工廠的耗資在百億美元甚至更多。但是，即便只是內(nèi)嵌一些電路，也會讓手機(jī)變得更加纖薄，同時(shí)還降低了材料和組裝的成本。
