Contour Circuits’ten kavisli yüzeylere doğrudan elektronik devre baskısı

Iowa Eyalet Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Doçenti ve Contour Circuits’in kurucu ortağı Ethan Secor liderliğinde yürütülen çalışmalar, elektronik devre üretimini düz yüzeylerin dışına taşıyan yeni bir baskı yaklaşımına odaklanıyor. Sistem, sıvı haldeki elektronik mürekkebi çok ince bir aerosol haline getiriyor ve gaz akışı yardımıyla 10 ila 100 mikron ölçeğinde hassas desenler oluşturuyor. Aerosol jet baskı kafasının çok eklemli robotik kola entegre edilmesi sayesinde devreler, yüzeyin geometrisini takip ederek kavisli ve üç boyutlu parçaların üzerine doğrudan basılabiliyor.

AEROSOL JET BASKI

“Conformal printing” olarak tanımlanan bu üretim yöntemi, elektronik bileşenlerin düz bir altlık üzerine hazırlanıp daha sonra başka bir yüzeye aktarılması ihtiyacını azaltıyor. Robotik kol, parçanın geometrisine göre baskı kafasının konumunu ve açısını sürekli değiştirirken gerçek zamanlı izleme yazılımları da üretim sürecini kontrol ediyor. Böylece karmaşık biçimli yüzeyler üzerine sensörler, bağlantılar ve farklı elektronik yapılar yerleştirilebiliyor. Teknolojinin havacılık, sağlık, enerji ve savunma sanayisi gibi alanlarda, geleneksel üretim yöntemleriyle hazırlanması zor olan esnek ve yüzeye uyumlu elektronik bileşenlerin üretiminde kullanılması hedefleniyor.

NASA DESTEĞİ

Teknolojinin zorlu çevre koşullarında kullanılabilecek elektronik donanımlar üretme potansiyeli, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ve NASA’nın da projeye finansman sağlamasına yol açtı. Secor ile eski öğrencisi Jeremy Rurup tarafından kurulan Contour Circuits, teknolojinin ticarileştirilmesine yönelik çalışmalarını hızlandırmak için NASA’dan 150 bin dolarlık Küçük İşletme Teknoloji Transferi (STTR) sözleşmesi aldı. Şirket, çalışmalarını Roy J. Carver Ortak Laboratuvarı’nda sürdürüyor.

YENİ MÜREKKEPLER

Araştırma ekibi, özellikle derin uzay ortamlarında karşılaşılabilecek büyük sıcaklık değişimleri ve zorlu çevre şartlarına dayanabilecek yeni malzemeler ile elektronik mürekkep formülasyonları geliştiriyor. Sistem yalnızca tek tip malzemeyi yüzeye basmakla sınırlı değil. Aynı üretim işlemi sırasında birden fazla malzeme kullanılabiliyor ve bu malzemelerin yüzey üzerindeki dağılımı kontrollü biçimde değiştirilebiliyor. Ekip, bu yöntemi gri tonlamalı baskıya benzer bir hassasiyetle uygulayarak üretilen bileşenlerin elektriksel ve fiziksel özelliklerini baskı sırasında ayarlayabiliyor.

ÖZEL DONANIM

Teknolojinin temelleri, Secor’un Northwestern Üniversitesi’ndeki lisansüstü çalışmalarında grafen mürekkepleri, esnek elektronikler ve lityum iyon piller üzerine yürüttüğü araştırmalara dayanıyor. Contour Circuits’in yaklaşımında hazır ticari aerosol jet yazıcılar yerine şirket tarafından geliştirilen ve ihtiyaçlara göre değiştirilebilen özel donanımlar kullanılıyor. Ekip, yazıcı mimarisini sıfırdan kurarak baskı kafasından robotik hareket sistemlerine kadar üretim sürecinin farklı bileşenleri üzerinde doğrudan kontrol sağlamayı amaçlıyor.

ÜRETİM ESNEKLİĞİ

Hazır sistemlerin belirli donanım ve yazılım sınırları içinde çalışmasına karşılık Contour Circuits, kendi geliştirdiği platformu farklı malzeme, yüzey ve üretim ihtiyaçlarına göre değiştirebiliyor. Bu yapı, yeni mürekkep formülasyonlarının ve farklı elektronik bileşenlerin aynı üretim hattında denenmesini kolaylaştırıyor. Kavisli ve üç boyutlu parçaların üzerine doğrudan elektronik devre basılması, özellikle bağlantı noktalarının azaltılması ve parçanın geometrisine uyumlu elektronik sistemlerin geliştirilmesi açısından yeni bir üretim seçeneği sunuyor.

TİCARİ HEDEF

Contour Circuits, aerosol jet baskı, robotik konumlandırma ve çok malzemeli üretimi tek platformda birleştiren sistemi ticarileştirmeyi hedefliyor. Şirketin geliştirdiği yaklaşım; derin uzay sistemlerinden esnek elektroniklere, sensörlerden özel amaçlı endüstriyel bileşenlere kadar farklı kullanım alanlarına yönelik tasarlanıyor. NASA ve NSF desteğiyle sürdürülen çalışmalar, teknolojinin laboratuvar ölçeğinden daha geniş üretim uygulamalarına taşınmasına odaklanıyor.