青島理工大學蘭紅波&張廣明：3D打印高分辨率高性能任意曲面電路
三維曲面電子電路作為一種前沿技術，通過將電子元件和電路直接集成在三維曲面結構上，實現(xiàn)了電子設備的小型化、輕量化和功能多樣化。該技術突破了傳統(tǒng)平面電路的局限，為電子產品的創(chuàng)新設計提供了更多可能性，被廣泛的應用于可穿戴設備、智能蒙皮、曲面天線等領域。然而，傳統(tǒng)的制造方法在實現(xiàn)高分辨率、高性能的三維曲面單層及多層電子設備的集成制造仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)，特別是在自由形態(tài)表面上制造曲面共形電路。
基于此，青島理工大學蘭紅波教授&張廣明教授提出了一種基于局部極化電場驅動垂直噴射曲面共形3D打印技術，用于制造高分辨率、高性能的三維曲面共形單層/多層電子電路。首先，通過數值模擬和噴射行為的觀察證明了所提出的方法具有更高的電場穩(wěn)定性和對稱的電場分布，能夠產生穩(wěn)定且垂直向下的噴射，確保了高精度和高分辨率的三維曲面/共形打印（圖1-圖3）；
然后，探究了不同打印工藝參數對導電層和層間介質層的一致性的影響規(guī)律，利用優(yōu)化的打印工藝參數在不同曲面結構和材料上實現(xiàn)了具有不同線寬（最小可實現(xiàn)線寬為8 μm的螺旋圖案）的曲面共形電路的打印（圖4），所制造的三維曲面共形電路展現(xiàn)出優(yōu)異的導電性（4.44×10^7 S/m）和良好的附著力（在100次附著力測試中電阻增加可以忽略不計）；
進一步的，針對曲面共形多層電路中垂直互聯(lián)的問題，提出了紫外激光打孔和電場驅動共形微3D打印技術相結合的方法，解決了曲面多層電路中的垂直互聯(lián)問題，并且研究了激光打孔工藝參數對微孔深度及形貌的影響，獲得了孔深可控的工藝窗口，最后，通過曲面共形多層加熱顯示電路和多層數字顯示LED陣列（圖5-圖7），驗證了該技術在任意曲面基底上制造單層/多層曲面共形電路的可行性與普適性，為探索高分辨率三維曲面共形電路和曲面多層電子設備提供了一種全新的解決方案。
相關研究成果以“Directly printing high-resolution, high-performance 3D curved electronics based on locally polarized electric-field-driven vertical jetting”為題，發(fā)表在《Additive Manufacturing》期刊上。
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