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利用3D打印,科学家制造了世界上第一个三维立体

原标题:利用3D打印,科学家制造了世界上第一个三维立体电路

F1 赛车电池王Jonah Myerberg 先生将开启“桌面金属” 3D 打印时代。

德克萨斯大学埃尔帕索分校(UTEP)工程学院的 Raymond C. Rumpf 博士是电磁(EM)实验室的总负责人,EM 实验室致力于利用 3-D 打印,开发电磁和光电相关的革命性技术。

他们对那些别人认为不可能实现的挑战非常感兴趣。Rumpf 开玩笑说,“我们的垃圾桶上贴着一个标语,上面写着'增值想法'。如果我们认为这个想法较容易实现,那我们可能会对这个想法提不起兴趣。”

图∣Raymond C. Rumpf 博士与一个学生正在 UTEP 工程学院的 EM 实验室里工作。(来源:UTEP Communications)

自 2010 年以来,Rumpf 团队取得了一些革命性成果,比如超高频率选择表面以及世界上最薄的介电天线之一等。不过,EM 实验室最新的研究成果,意义最深远。2018 年早些时候,EM 实验室的研究人员通过完全自动化的流程制造了世界上第一个真正的三维立体电路。Rumpf 认为这是一个有可能改变传统电子产品设计和制造方式的壮举。

全自动化 3D 打印电路是领域内热点方向,很多其他团队也开展了相关研究,但是并没有人成功。Rumpf 团队在 UTEP 取得的这项成果有点像 3D 打印电路的“圣杯”。

三维电路可以使电路更小、更轻、更有效率,为实际应用提供更高的可操作性,因此引起了广泛的研究。3D 打印可以制造出任意形式的立体电路,然后集成到任何物体中或者表面。“三维立体电路”这个概念为制造业提供了更多的机会。

Rumpf 表示他们的成果经过了很多年的积累,集成了所有工具和流程才得以实现。EM 实验室相关研究成员包括 Gilbert Carranza, Ubaldo Robles, Cesar Valle 和 Rumpf。团队成员花了 3 年时间开发“未来主义”的CAD工具,用于生产三维/立体电路。这些工具是他们自主设计的,不同于其他研究团队使用的软件工具。

Carranza 是一名博士生,两年前加入 EM 实验室。当 Rumpf 提出开发一种方式设计三维电路时,Carranza 抓住了机会,并参与到其中。他通过一种开源的 CAD 软件来集成定制化功能,用于设计三维电路。Carranza 表示,“我建造一个定制化的工具,可以将电子组件放置在任意位置、任意方向,可以在三维方向设计电路连接。”Carranza 用了 1 年的时间,做出第一版 CAD 软件。他表示,“没有软件,我们就没真正能将设计翻译成 3D 打印机可读代码的工具。”

Robles 和 Valle 也是 EM 实验室的博士生,他们主要负责 3D 打印方面。他们用了近 1 年时间搭建 Carranza 开发的设计软件和 3D 打印过程之间的联系。2018 年下半年初,Robles 成功地完成了一个界面,可将电路设计转化成 3-D 打印机可以读取的代码,使之可以一步打印出电路。之后,Valle 和 Carranza 对其进行了微调,打印出世界上第一个三维立体电路。

Valle 表示,“在整个过程中是最难的一步,是让CAD、代码生成器和 3-D 打印机器能够很好地协同工作。通常而言,制造一个电路板,一般分为两步。首先要有一块塑料薄板,在上面制造金属痕迹,然后再把电子元件集成到上面。而我们的方法独特之处在于,我们把这些过程结合起来,并且打印出三维结构,再设计电路时就可以拥有很高的自由度。”

Rumpf 表示,这项技术的应用范围很广泛,它能够把电路集成到任何形状物体中或者表面,同时并没有相应增加电子器件的尺寸或者重量。我们可以根据需求制造任何形式或样式的电路,例如把电路置于军需品、眼镜、鞋子甚至是咖啡杯中。这样的话,当我们在咖啡馆喝咖啡,咖啡快没有的时候,服务员就会提前过来给你续杯。这个技术可以让电子无处不在。”这项研究得到了美国陆军研究实验室、和美国空军研究实验室的资金支持。

Rumpf 表示,这项研究还有可能带来另一个变革。他表示,“未来,我认为可能看不到大型电子制造企业,生产大批量产品,统治着市场的场景。取而代之的是成千上万的小企业,生产数以千计的产品,既有批量生产也有定制化生产。”

图∣从左到右依次是 Gilbert Carranza 、Raymond C. Rumpf 博士和 Cesar Valle。他们展示的是 EM 实验室的研究成果。(来源:Laura Trejo / UTEP Communications)

对于 EM 实验室的研究生而言,参与开发一项有望为电路制造带来革命的技术,将会激励着他们继续学术研究生涯。另外,他们的研究成果也在埃尔帕索提供一个商业机会,即 EM 实验室的多个成果商业化

Carranza 表示,“我曾经希望毕业后去其他地方。我从没想过一生都待在埃尔帕索,我也从没想过我会参与到哪项改变世界的研究工作中,直到我来到 EM 实验室。四年前,如果你问我想不想读博士,我的回答会是 No。而现在,我马上就要博士毕业了。我从未想到 UTEP 会有如此难得的研究机会。”

Rumpf 表示,他们实验室的学生为相关研究带来了帮助。他表示,“我们所做的都是一些极度困难和高风险的研究。他们了解一旦开始研究,将可能花费大量时间和精力,因为我们会对研究进展有所要求。愿意接受风险和挑战的人才是 UTEP 需要的,这也是我们一贯的风格。”

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编辑:maggie 责编:李禹蒙

参考:

https://phys.org/news/2018-10-lab-world-d-volumetric-circuit.html

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