Počítač už si můžete vytisknout i na levné tiskárně

Karel Javůrek  |  Technika
Zdroj: Microsoft Research

Moderní tiskárny mají vysoké rozlišení a nízkou cenu. Tým vědců přišel na způsob, jak pomocí nich tisknout elektronické obvody a senzory pro rychlé prototypy.

Při tvorbě nových elektronických zařízení je stejně jako u jiného segmentu nutné nejdříve vyrobit prototypy. V případě elektroniky je výroba složitá a časově nákladná. Inženýři z USA, Japonska a Velké Británie ale přišli na to, jak zrychlit výrobu pomocí klasické tiskárny a speciální vodivé směsi.

Výzkum se uskutečnil pod záštitou Microsoft Research.

Stačí šest tisíc a můžete tisknout

Inženýři použili klasickou levnou inkoustovou tiskárnu v ceně 80 dolarů (přibližně 1 900 Kč s DPH). K výzkumu byl použit model Brother DCP-J140w, pro který bylo postupně optimalizováno nastavení v ovladačích v oblasti kvality tisku, nastavení barev a podobně.

Stačí levná tiskárna a vodivý stříbrný inkoust z nanočástic. Zdroj: Microsoft Research
Stačí levná tiskárna a vodivý stříbrný inkoust z nanočástic. Zdroj: Microsoft Research
Stačí levná tiskárna a vodivý stříbrný inkoust z nanočástic. Zdroj: Microsoft Research

Hlavní změnou je výměna klasického barevného inkoustu za vodivý stříbrný inkoust, který je složen z nanočástic o velikosti 0,1 mikrometru. Tento inkoust byl vstříknutý přímo do prázdné cartridge, podobně jako při doplňování náplně. Tiskárna je stejně jako tento speciální vodivý inkoust běžně v prodeji; celkové startovní náklady se pohybují kolem šesti tisíc korun.

Výroba levné ohebné dotykové vrstvy není žádný problém. Zdroj: Microsoft Research
Výroba levné ohebné dotykové vrstvy není žádný problém. Zdroj: Microsoft Research

Díky tomu je možné velmi rychle a snadno tisknout elektronické obvody pro různé formy zařízení – od jednoduchých počítačových obvodů, přes antény až po senzory. Pomocí vytvořených obvodů lze samozřejmě také přenášet napájení a analogové či digitální signály.

Ohebná elektronika

Tato technologie výroby má ještě jednu výhodu – ohebnost, protože tisk probíhá na fotopapír. Stále však nesmíme zapomínat, že je výroba pomocí vodivého inkoustu určena především pro výzkum a rychlé prototypy. Finální výroba na klasické PCB je stále mnohem kvalitnější po všech stránkách.

Výsledný odpor obvodu. Zdroj: Microsoft Research
Výsledná ohebnost obvodu. Zdroj: Microsoft Research
Výsledný odpor a ohebnost obvodu. Zdroj: Microsoft Research

Pro prototypy sice existují řešení na bázi PCB, ale jejich cena a rychlost je neporovnatelná. Výroba znamená i hodiny příprav a finalizace pomocí chemických sloučenin. V případě tohoto tisku přes klasickou tiskárnu jde ale o minuty, navíc není nutné odstraňovat žádný přebytečný materiál, vše se vytiskne přesně podle návrhu v počítači.

Přiblížený detail vytisknutého spoje. Zdroj: Microsoft Research
Přiblížený detail vytisknutého spoje. Zdroj: Microsoft Research

Klasické vodivé pasty, které často ručně používají elektrotechničtí fanoušci, mají vysoký odpor a spotřeba materiálu při tvorbě obvodu je také výrazně větší. Taktéž čas výroby je mnohem delší.

Pokrok díky nanočásticím

Zdroj: Microsoft Research

Novou rychlou a snadnou technologii výroby umožňuje zmíněný stříbrný inkoust z nanočástic, který vyvinula společnost Mitsubishi Paper Mill se současnou cenou 50 dolarů za metr čtvereční, což znamená pět centů za jeden metr s tloušťkou jeden milimetr. Pro lepší kvalitu obvodů byl použit fotopapír od Kodaku.

K výrobě není nutný žádný specializovaný software ani ovladač, tisk probíhá standardní cestou jako jakýkoli jiný tisk. Pouze je nutné nastavit konkrétní vlastnosti při tisku pro dosažení optimální kvality.

Budoucnost v „domácí“ výrobě?

Trend 3D tiskáren naznačuje, jakým směrem se bude výroba zakázkových a výzkumných věcí ubírat. Technologie, která byla dříve výsadou pouze velkovýroby ve velkých sérií a drahých prototypů v omezeném množství, je tak minulostí.

Zdroj: Microsoft Research

Pomocí levných 3D tiskáren už mohou firmy i jedinci velmi snadno tvořit prototypy a výrobky, které nelze na trhu koupit. I když je vše v počátcích a má to řadu problémů, stejně jako u začátku tiskáren se postupně bude zlepšovat rozlišení, kvalita, výběr materiálů a samozřejmě i rychlost a cena.

Ve spojení s nanomateriály lze jistě počítat, že se během let postupně objeví i různé hybridní tiskárny, které budou umět tisknout nejen trojrozměrné předměty z různých materiálů, ale také obvody a jednoduché čipy a senzory.

Internet věcí tak bude znamenat rozmach dostupnosti elektronických obvodů a jednou budeme moci pomocí takových tiskáren tisknout doma třeba i celé spotřebiče. Ale na to si budeme muset asi ještě chvíli počkat.

Podrobné informace o výzkumu naleznete v oficiálním abstraktu (PDF).

Nejčtenější