3D打印解決方案可保護電子設備免受靜電釋放影響

南極熊導讀：靜電釋放（ESD）保護對于化學和電子行業(yè)來說是一個關鍵關注點。在電子領域，ESD常常導致集成電路損壞，因為帶電物體（比如人的手指或工具）會迅速釋放電壓和電流。

2024年11月8日，南極熊獲悉，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究團隊成功開發(fā)出一種創(chuàng)新的3D打印技術，該技術能夠生產(chǎn)具有定制孔隙結構的彈性硅膠泡沫，用于為電子產(chǎn)品中的敏感元件提供全面的機械和電氣保護。新技術旨在減少設備和組件故障，避免由此產(chǎn)生的成本增加和潛在的工作場所傷害。

△相關研究已發(fā)布在《應用材料與界面》雜志，題目為“3D打印硅膠中的靜電耗散”

技術研發(fā)背景

3D打印技術的飛速發(fā)展已經(jīng)打開了制造具有復雜內(nèi)部結構的蜂窩泡沫的大門，這些結構能夠實現(xiàn)可定制的壓縮機械性能。LLNL的研究人員巧妙地利用了這一技術，通過精確控制打印過程中的應力分布，設計出能夠均勻分散應力的結構，從而有效防止了永久變形的發(fā)生。

此外，3D打印技術在材料屬性方面的優(yōu)勢同樣令人矚目。研究人員能夠運用定制樹脂，通過調整其固有屬性來精確控制材料性能，這些性能保持不變，不受材料數(shù)量的影響。

直接墨水書寫（DIW）技術作為一種創(chuàng)新的擠出工藝，在3D打印領域中脫穎而出。這種技術允許逐層沉積具有特定流變特性的糊狀材料，構建出復雜的三維結構。DIW特別適用于硅樹脂等材料的打印，為3D打印技術的應用拓展了更多可能性。

△將單壁碳納米管 (CNT) 摻入3D可打印硅氧烷彈性體中以消除靜電示意圖

創(chuàng)新硅樹脂配方通過DIW技術實現(xiàn)ESD保護封裝

在這項研究中，硅樹脂因低揮發(fā)性、良好的彈性和廣泛的熱穩(wěn)定性而受到青睞。通過直接墨水書寫（DIW）技術，這些硅樹脂已被成功加工并應用于可穿戴技術、軟機器人以及其它結構部件。

為了實現(xiàn)防靜電包裝的DIW打印，研究團隊進行了一系列混合研究，最終開發(fā)出一種獨特的硅樹脂配方。該配方融合了碳納米管（CNT）濃縮物和流變改性劑（增稠劑），不僅確保了材料的可打印性，還滿足了防靜電（ESD）所需的導電性能。CNT作為控制靜電積聚的優(yōu)質導電添加劑，而流變改性劑則允許在高分辨率下3D打印出具有定制孔隙率的結構。

研究人員利用這種特殊配方的樹脂，直接將ESD結構打印到電路板上。這種打印結構不僅為敏感電路提供了電氣保護，還充當了緩沖墊的角色。為了測試性能，研究人員進行了錘擊電路板的實驗。

盡管該團隊指出，未來仍需對打印結構進行改進，但初步測試表明，這些封裝功能已經(jīng)能夠按照預期運行。這些封裝技術可能對醫(yī)療設備、機器人以及其它專用設備的應用具有重要意義。

LLNL的研究成果不僅在保護電子設備方面具有潛在應用，還可能對航空航天、汽車、生物醫(yī)療設備等對材料性能要求極高的領域產(chǎn)生重要影響。隨著3D打印技術的不斷進步，我們有理由相信，未來會有更多創(chuàng)新應用的出現(xiàn)，為制造業(yè)帶來革命性的變革。