Nouvelle méthode d’impression 3D pour fabriquer des structures composites métal-plastique complexes

Les structures composites métal-plastique tridimensionnelles (3D) ont une applicabilité potentielle étendue dans l’électronique intelligente, la micro/nanodétection, les dispositifs de l’Internet des objets (IoT) et même l’informatique quantique. Les dispositifs construits à l’aide de ces structures ont un degré plus élevé de liberté de conception et peuvent avoir des caractéristiques plus complexes, une géométrie complexe et des tailles de plus en plus petites. Mais les procédés actuels de fabrication de telles pièces sont chers et compliqués.

Récemment, un groupe de chercheurs du Japon et de Singapour a développé un nouveau procédé d’impression 3D multimatériaux par traitement numérique de la lumière (MM-DLP3DP) pour fabriquer des structures composites métal-plastique aux formes arbitrairement complexes.

Expliquant la motivation derrière l’étude, les auteurs principaux, le professeur Shinjiro Umezu, M. Kewei Song de l’Université Waseda et le professeur Hirotaka Sato de l’Université technologique de Nanyang, État de Singapour, “Les robots et les appareils IoT évoluent à un rythme fulgurant. Ainsi, la technologie pour fabriquer eux aussi doivent évoluer. Bien que la technologie existante puisse fabriquer des circuits 3D, l’empilement de circuits plats est toujours un domaine de recherche actif. Nous voulions aborder cette question pour créer des dispositifs hautement fonctionnels pour favoriser le progrès et le développement de la société humaine.

L’étude a été publiée dans Matériaux appliqués et interfaces ACS.

Le processus MM-DLP3DP est un processus en plusieurs étapes qui commence par la préparation des précurseurs actifs – des produits chimiques qui peuvent être convertis en le produit chimique souhaité après l’impression 3D, car le produit chimique souhaité ne peut pas être imprimé en 3D lui-même. Ici, des ions palladium sont ajoutés à des résines photopolymérisables pour préparer les précurseurs actifs.

Ceci est fait pour promouvoir le placage autocatalytique (ELP), un processus qui décrit la réduction auto-catalytique des ions métalliques dans une solution aqueuse pour former un revêtement métallique. Ensuite, l’appareil MM-DL3DP est utilisé pour fabriquer des microstructures contenant des régions imbriquées de la résine ou du précurseur actif. Enfin, ces matériaux sont directement plaqués et des motifs métalliques 3D leur sont ajoutés à l’aide d’ELP.

L’équipe de recherche a fabriqué une variété de pièces avec des topologies complexes pour démontrer les capacités de fabrication de la technique proposée. Ces pièces avaient des structures complexes avec des couches d’emboîtement multimatériaux, y compris des structures creuses microporeuses et minuscules, dont la plus petite avait une taille de 40 μm. De plus, les motifs métalliques de ces pièces étaient très spécifiques et pouvaient être contrôlés avec précision.

L’équipe a également fabriqué des circuits imprimés 3D avec des topologies métalliques complexes, comme un circuit stéréo LED avec du nickel et un circuit 3D double face avec du cuivre.

“En utilisant le procédé MM-DLP3DP, des pièces 3D métal-plastique arbitrairement complexes ayant des motifs métalliques spécifiques peuvent être fabriquées. De plus, l’induction sélective du dépôt de métal à l’aide de précurseurs actifs peut fournir des revêtements métalliques de meilleure qualité. Ensemble, ces facteurs peuvent contribuer au développement de microélectronique 3D intégrée et personnalisable », déclarent Umezu, Song et Sato.

Le nouveau processus de fabrication promet d’être une technologie révolutionnaire pour la fabrication de circuits, avec des applications dans une grande variété de technologies, y compris l’électronique 3D, les métamatériaux, les dispositifs portables flexibles et les électrodes creuses métalliques.