研究人員已經證實如何透過幾個簡單的指令到3D列印(3D Printer)(和在任何藥房即可取得的注射器)，讓使用者可以打造自己的無線感測器。
為了證明這個想法，加州大學柏克萊分校(University of California Berkeley)和台灣國立交通大學(Taiwan’s National Chiao Tung University)協同合作，開發了一個設置在牛奶盒瓶蓋上的感測裝置，以便用來監測牛奶是否變質。加州大學柏克萊分校教授暨柏克萊感測器與執行器中心(Berkeley Sensor & Actuator Center )副主任Liwei Lin聲稱，這是第一次向世人證明，任何人都可以透過3D列印印出基本電子元件。
「我們已展示透過3D列印製作的一個電阻、電感和電容，並且可以用來架構成一個被動無線感測器的電路。」Lin表示，「訣竅是在列印時採用聚合物(Polymer)限定所需的3D結構，並且用蠟作為犧牲材料，以定義被動元件何處需要保留或剃除，然後將蠟融化，再用注射器注射銀膏填補蠟融掉後形成的空缺。」
其他研究人員已使用導電聚合物印製3D電路，即如同一個電子元件，不過Lin表示，此種方法印出的元件效能，將永遠不如使用真正金屬作為導體的元件。Lin和他的同事也利用相同的技術製作打線(Wire)和孔洞(Via)以連接所有的元件到無線電阻-電感-電容(RLC)電路，當進行測試時，這個電路可實際運作。
用於概念驗證原型的3D列印解析度約為30微米，以及被用於填充電子元件和內部互連的含銀粒子液體漿料。列印產生的被動電路用於嵌入式電感-電容槽時，共振頻率為530MHz，當牛奶變質，會顯示4.3%的共振轉移。
研究人員使用3D列印機製造食物腐敗檢測器(用於牛奶盒)，製造的方式為用注射器注入金屬以實現電子元件。
（圖片來源：加州大學柏克萊分校，2015/07）
透過輕輕搖動或旋轉牛奶盒，牛奶盒瓶蓋上的電容器頂板構成的感測器凹槽，會擷取到牛奶樣品(如下圖)。牛奶離開冰箱36小時後，和在冰箱冷藏的牛奶盒的諧振頻率改變只有微不足道的0.12%相比，前面所談的LC電路的諧振頻率會出現4.3%的變化。
前述的LC電路頻率是用一個手工繞線的射頻(RF)讀取線圈所測量，這個RF線圈為13圈的琺瑯，並用1.15毫米的線纏繞成一個30毫米直徑的核心。這個讀取線圈在3毫米的距離內，連接到網路分析儀和感應耦合器，再到牛奶瓶蓋。
圖片顯示並標示出一系列利用3D列印出的電子元件，包括電阻、電感、電容和一個整合電感-電容共振器，還包括用3D列印的位於加州大學柏克萊分校的Sather Tower模型、CAL字樣及柏克萊感測器與執行器中心的字母縮寫「BSAC」。(照片由Sung-Yueh Wu拍攝)
（圖片來源：加州大學柏克萊分校，2015/07）
接下來，Lin將嘗試列印金屬材料，該元件的其餘部分同時使用可處理這兩種聚合物和金屬的3D列印機印出。為了證明此一概念，Lin希望3D列印可以製造可監測血壓、肌肉拉傷、藥物濃度和類似醫療參數的植入性醫療裝置。
柏克萊感測器與執行器中心從3D列印機移出原型，這也是該單位聲稱世界第一個用3D列印印出，且可真正工作的電子元件。
（圖片來源：加州大學柏克萊分校，2015/07）
其他一起在這計畫中工作的研究人員還包括：實驗室研究員Chen Yang和由台灣國立交通大學教授徐文祥指導的博士生吳松岳。
(參考原文：3D Printed Electronics Are Here, Researchers Say，by R. Colin Johnson)
資料來源:電子工程專輯
留言列表
生技醫療產業 (1)