Investigadores de Japón han propuesto una nueva técnica de impresión 3D de metal y plástico que se puede utilizar para fabricar microelectrónica altamente integrada y personalizable que puede encontrar aplicaciones en una amplia variedad de campos. 

Las estructuras compuestas de metal y plástico tridimensionales (3D) tienen una amplia aplicabilidad potencial en dispositivos electrónicos inteligentes, micro/nanosensores, Internet de las cosas (IoT) e incluso computación cuántica. Los dispositivos construidos con estas estructuras tienen un mayor grado de libertad de diseño y pueden tener características más complejas, geometría compleja y tamaños cada vez más pequeños. Pero los métodos actuales para fabricar dichas piezas son caros y complicados.

Recientemente, un grupo de investigadores de Japón y Singapur desarrolló un nuevo proceso de impresión 3D de procesamiento de luz digital multimaterial (MM-DLP3DP) para fabricar estructuras compuestas de metal y plástico con formas arbitrariamente complejas.

Al explicar la motivación detrás del estudio, los autores principales, el profesor Shinjiro Umezu, el Sr. Kewei Song de la Universidad de Waseda y el profesor Hirotaka Sato de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, afirman: «Los robots y los dispositivos IoT están evolucionando a un ritmo vertiginoso. Por lo tanto, la tecnología para fabricar ellos también deben evolucionar. Aunque la tecnología existente puede fabricar circuitos 3D, el apilamiento de circuitos planos sigue siendo un área activa de investigación. Queríamos abordar este problema para crear dispositivos altamente funcionales para promover el progreso y el desarrollo de la sociedad humana».

El proceso MM-DLP3DP es un proceso de varios pasos que comienza con la preparación de los precursores activos, sustancias químicas que se pueden convertir en la sustancia química deseada después de la impresión 3D, ya que la sustancia química deseada no se puede imprimir en 3D por sí misma. Aquí, los iones de paladio se agregan a las resinas fotopolimerizables para preparar los precursores activos.

El nuevo proceso de impresión 3D de procesamiento de luz digital multimaterial (MM-DLP3DP) permite la fabricación de una amplia variedad de piezas, que incluyen electrónica 3D, electrodos metálicos huecos, estructuras de metamateriales, estructuras portátiles flexibles y estructuras metálicas dentro de plásticos. Crédito: Profesor Shinjiro Umezu de la Universidad de Waseda

Esto se hace para promover el recubrimiento sin electricidad (ELP), un proceso que describe la reducción autocatalítica de iones metálicos en una solución acuosa para formar un recubrimiento metálico. A continuación, el aparato MM-DL3DP se usa para fabricar microestructuras que contienen regiones anidadas de la resina o el precursor activo. Finalmente, estos materiales se enchapan directamente y se les agregan patrones de metal 3D usando ELP.

El equipo de investigación fabricó una variedad de piezas con topologías complejas para demostrar las capacidades de fabricación de la técnica propuesta. Estas partes tenían estructuras complejas con capas anidadas de múltiples materiales, incluidas estructuras huecas diminutas y microporosas, la más pequeña de las cuales tenía un tamaño de 40 μm. Además, los patrones de metal en estas partes eran muy específicos y podían controlarse con precisión.

El equipo también fabricó placas de circuito 3D con topologías metálicas complejas, como un circuito estéreo LED con níquel y un circuito 3D de doble cara con cobre.

«Usando el proceso MM-DLP3DP, se pueden fabricar piezas 3D de metal y plástico arbitrariamente complejas que tienen patrones de metal específicos. Además, la inducción selectiva de la deposición de metal usando precursores activos puede proporcionar recubrimientos de metal de mayor calidad. Juntos, estos factores pueden contribuir al desarrollo de altamente microelectrónica 3D integrada y personalizable», afirman Umezu, Song y Sato.

El nuevo proceso de fabricación promete ser una tecnología revolucionaria para la fabricación de circuitos, con aplicaciones en una diversa variedad de tecnologías, que incluyen electrónica 3D, metamateriales, dispositivos portátiles flexibles y electrodos metálicos huecos.

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