Les circuits imprimés traditionnels sont presque toujours plats et bidimensionnels. Mais une équipe de recherche de l'Université nationale de Singapour a fait entrer l'impression de circuits dans la troisième dimension grâce à une nouvelle technologie intelligente appelée CHARM3D. Non seulement ils sont tridimensionnels, mais ces circuits imprimés sont également auto-réparateurs.
En étant empilés verticalement plutôt qu'à plat, les composants peuvent être empilés, ce qui signifie que nos appareils électroniques ont un encombrement beaucoup plus réduit – et de nos jours, nous voulons tous que nos appareils soient plus petits et plus élégants. Mais pour réaliser des circuits tridimensionnels, les méthodes existantes telles que l’écriture directe à l’encre (DIW) constituent un défi. Ces technologies utilisent des encres composites spéciales, nécessitent des matériaux auxiliaires, sont très visqueuses et lentes.
CHARM3D adopte une approche complètement différente, tirant parti de certaines propriétés matérielles intelligentes. Il utilise un alliage métallique appelé métal de Field composé d'indium, de bismuth et d'étain. Cet alliage a un point de fusion très bas d'environ 62°C, s'écoule facilement et s'auto-solidifie rapidement.
La combinaison unique de ces propriétés permet à CHARM d’imprimer en 3D des microstructures métalliques tridimensionnelles ultra-lisses et uniformes d’une largeur allant de 100 à 300 microns, soit à peu près aussi fines que quelques cheveux. Les structures comprennent également des cadres cubiques, des lettres verticales et des spirales rétractables.
La structure imprimée peut également s’auto-réparer. Si les circuits sont rayés ou déformés, chauffez-les simplement au-delà de leur faible point de fusion et ils se resolidifieront dans leur forme d'origine. Cela rend le circuit plus durable et même recyclable.
Les possibilités ici sont énormes. Comme les chercheurs l'ont mentionné, la haute résolution, l'impression rapide (jusqu'à 100 millimètres par seconde) et la capacité de créer des formes 3D complexes la rendent utile pour toutes sortes de choses intéressantes.
La plus grande application relevée par les chercheurs concerne peut-être les soins de santé. Imaginez porter des vêtements intelligents dotés de capteurs imprimés en 3D capables de surveiller vos signes vitaux sans toucher votre peau. Cela pourrait également conduire à une imagerie médicale plus précise, comme la détection précoce des tumeurs du cancer du sein à l’aide de micro-ondes. L’équipe a utilisé cette technologie pour créer des capteurs de température portables et sans batterie, des antennes pour la surveillance sans fil des signes vitaux et des métamatériaux pour manipuler les ondes électromagnétiques.
Benjamin Tee, professeur agrégé à l'université qui a dirigé la recherche, a déclaré : « CHARM3D fournit une méthode d'impression métallique tridimensionnelle plus rapide et plus simple. En tant que solution pour la fabrication avancée de circuits électroniques, elle apporte de grands espoirs pour la production industrielle et l'adoption généralisée de circuits électroniques tridimensionnels complexes.
Bien entendu, les chercheurs ont encore beaucoup de travail à faire. Ils espèrent appliquer CHARM3D à une variété d’autres applications métalliques et structurelles. L’équipe de recherche explore également des voies de commercialisation pour amener la technologie à une utilisation industrielle plus large. Vous pouvez retrouver l’étude complète dans un article publié dans la revue Nature.