打開任何一款電子產品，其內部構造中都包含電路板、零部件和電線。將這些材料組裝稱一部如手機這樣的產品是一個繁瑣且勞動密集型的過程。現(xiàn)在，一種印制三維電子產品的方式已經(jīng)被開發(fā)出來，這也使得將電路和零部件整合進構成該產品的材料之中，例如手機外殼。這種制作電子產品的新方式可以算作是革命性的。
印制電子產品已經(jīng)不是什么新鮮事了，絲網(wǎng)印刷、平版印刷、噴墨和其他工藝在很早之前就已經(jīng)被用于制作電路板和零部件。但是科技的發(fā)展十分迅速，印制電子產品的方式也變得多種多樣。在最新的研發(fā)成果中，電子產品印制和“添加制造業(yè)”被結合了起來，這種方法使用了著名的3D打印機來制作實體物件，無需原材料，一次一層。
油墨的變化
印制電子產品需要擁有電氣性能的“油墨”來充當導體、電阻或半導體的作用。這類油墨正變得越來越通用。其中一個例子來自于施樂，一家生產辦公設備及商業(yè)印刷系統(tǒng)的美國公司。公司位于加拿大的研發(fā)中心開發(fā)出了一種可以在塑料或織物等材質上直接印制柔性電子電路的銀油墨。
相對于傳統(tǒng)銅制電路板，銀的導電性更優(yōu)秀，但銀的成本較高且印制方式更加復雜（銀的熔點為962℃，比銅低）。但是，通過將銀制作成5納米大小的粒子，施樂研制出了一種熔點低于140℃的銀油墨。施樂實驗室研究主任Paul Smith表示，這樣一來，這種銀油墨只使用了極少數(shù)量的銀，不會像化學蝕刻過程那樣產生浪費，可以被使用在噴墨和其他相對便宜的印制方式上。
位于加州帕洛阿爾托的施樂PARC研發(fā)中心正在開發(fā)使用這類油墨的方式。這類油墨可以被用來印制多種部件的電路，包括柔性顯示屏、傳感器和射頻防盜標簽天線。隨著添加制造業(yè)技術的出現(xiàn)，在產品上直接印制這類部件開始變成現(xiàn)實。
這還包括那些形狀復雜的產品。位于新墨西哥州阿爾布開克的Optomec公司開發(fā)出了可用于多個行業(yè)的添加制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以直接在一副眼鏡上印制“現(xiàn)實增強”電子設備；可以制作使用內嵌電子設備測量水位并控制水泵開關的塑料水箱；還能印制軍用裝甲中的傳感器；或是手機外殼上的天線。
在最近的一次三方協(xié)作中，Optomec同美國無人機制造商Aurora Flight Sciences，以及3D印刷公司Stratasys共同合作，為一架小型無人駕駛飛機制作除了智能機翼。該機翼使用熱塑性材料，通過Stratasys的3D打印機制造。Optomec接著使用了一種被稱作Aerosol Jet的工藝來印制電路、傳感器和機翼上的天線。這種技術能夠允許小型無人駕駛飛機為了特定任務被定制并按要求印制。
Optomec總裁Dave Ramahi稱，3D印制的電子設備讓在單臺機器上印制整個產品（而非將許多不同的零部件組裝起來）變得可能。但他認為，這種技術想要真正發(fā)展壯大，需要使用一種漸進的商業(yè)化方式。也就是說可以在某種現(xiàn)存的量產工藝中應用該技術，例如在手機外殼上印制天線。許多手機使用了不同的天線來連接不同的無線網(wǎng)絡，為內部傳統(tǒng)電子元件留出更多空間。Ramahi補充道，該技術的一些商業(yè)應用可以在不到一年的時間內實現(xiàn)。
那么將一款手機中的所有部件直接印制出來的難度究竟有多大呢？Optomec正在開發(fā)的應用方式能夠提供其中的一些必要部件。除了天線之外，還包括顯示屏邊沿電路、三維芯片連接、多層電路和觸屏部件。另外，電池也可以被印制出來。其中的最大挑戰(zhàn)是印制手機的“大腦”，也就是芯片。其一平方毫米的面積上就包含數(shù)以百萬計的晶體管，而目前芯片制造工廠的耗資在百億美元甚至更多。但是，即便只是內嵌一些電路，也會讓手機變得更加纖薄，同時還降低了材料和組裝的成本。
