首个3D打印可使用电子元件问世

发布时间：2015-7-24 11:20 发布者：eechina

近日，加州大学柏克莱分校和台湾国立交通大学协同合作，开发了一个设置在牛奶盒瓶盖上的感测装置，用来监测牛奶是否变质。加州大学柏克莱分校教授暨柏克莱感测器与执行器中心副主任Liwei Lin声称，这是第一次向世人证明，任何人都可以透过3D打印机打印出基本电子元件：只需透过几个简单的指令到3D打印机（和在任何药房即可取得的注射器），就可以让使用者可以打造自己的无线感测器。

“我们已展示透过3D打印制作的一个电阻、电感和电容，并且可以用来架构成一个被动无线感测器的电路。”Lin表示，“诀窍是在打印时采用聚合物（Polymer）限定所需的3D结构，并且用蜡作为牺牲材料，以定义被动元件何处需要保留或剃除，然后将蜡融化，再用注射器注射银膏填补蜡融掉后形成的空缺。”

其他研究人员已使用导电聚合物印制3D电路，即如同一个电子元件，不过Lin表示，此种方法印出的元件效能，将永远不如使用真正金属作为导体的元件。Lin和他的同事也利用相同的技术制作打线（Wire）和孔洞（Via）以连接所有的元件到无线电阻-电感-电容（RLC）电路，当进行测试时，这个电路可实际运作。

用于概念验证原型的3D打印解析度约为30微米，以及被用于填充电子元件和内部互连的含银粒子液体浆料。打印产生的被动电路用于嵌入式电感-电容槽时，共振频率为530MHz，当牛奶变质，会显示4.3%的共振转移。

研究人员使用3D打印机制造食物腐败检测器（用于牛奶盒），制造的方式为用注射器注入金属以实现电子元件

透过轻轻摇动或旋转牛奶盒，牛奶盒瓶盖上的电容器顶板构成的感测器凹槽，会撷取到牛奶样品。牛奶离开冰箱36小时后，和在冰箱冷藏的牛奶盒的谐振频率改变只有微不足道的0.12%相比，前面所谈的LC电路的谐振频率会出现4.3%的变化。

前述的LC电路频率是用一个手工绕线的射频（RF）读取线圈所测量，这个RF线圈为13圈的珐琅，并用1.15毫米的线缠绕成一个30毫米直径的核心。这个读取线圈在3毫米的距离内，连接到网路分析仪和感应耦合器，再到牛奶瓶盖。

图片显示并标示出一系列利用3D打印出的电子元件。包括电阻、电感、电容和一个整合电感-电容共振器，还包括用3D打印的位于加州大学柏克莱分校的Sather Tower模型、CAL字样及柏克莱感测器与执行器中心的字母缩写“BSAC”。

接下来，Lin将尝试打印金属材料，该元件的其余部分同时使用可处理这两种聚合物和金属的3D打印机印出。为了证明此一概念，Lin希望3D打印可以制造可监测血压、肌肉拉伤、药物浓度和类似医疗参数的植入性医疗装置。