5G技术逐步成熟，以手机为代表的智能电子设备对芯片的性能和功耗要求越来越高，推动半导体领域向先进制程、先进封装加速发展。如何实现芯片效能最大化、封装体积最小化，成了企业不懈的追求。

© Optomec

根据赛智时代，受到5G设备、5G基站建设等快速增长的影响，2020年我国半导体市场保持增长态势，市场规模为21933亿人民币，较2019年增长9%。半导体产业链包括上游支撑产业、中游制造产业以及下游应用产业。上游支撑产业主要有半导体材料和设备构成，中游制造产业核心为集成电路的制造，下游为半导体应用领域。

封装作为集成电路产业链当中比较靠后的环节，其利润比其他环节低。在利润和市场竞争的双重压力下，只有靠不断地提升核心能力才能获得更大的市场。

 更好的连接

近日，Optomec 宣布其为快速增长的毫米波电子市场推出了一种新的高性能半导体封装解决方案，以响应其客户在 5G、自动驾驶汽车、国防和医疗领域的需求。

毫米波集成电路 (IC) 的使用正以 27% 的复合年增长率增长，但在许多应用中受到阻碍，因为用于将 IC 连接到电路的传统技术导致低无线范围和/或高功耗。通过低损耗的方式连接保持设备性能， Optomec 的 3D 打印互连解决方案解决了这一缺陷。

当今家庭或办公室中的典型无线网络以 5 GHz 运行，而下一代无线毫米波网络将以高达 53 GHz 的频率运行；汽车雷达、国防应用和医学成像传感器的工作频率甚至更高。连接 IC 的旧方法，例如使用细小的金线，随着频率的增加其工作效果反而越来越差。

毫米波频段包括 30 至 300 GHz，毫米范围内每个电路连接的传输信号功率增加了 100%。这意味着无线数据传输的点对点范围更长，能耗更低，而且由于低功率 IC 可以在较低温度下运行，因此 IC 寿命更长。Aerosol Jet® 打印 IC 连接的方法效率更高，其性能几乎与厚铜电路板蚀刻方法媲美。

根据Optomec，使用毫米波频段的许多行业都看到了3D打印互连代替标准导线或带状键合的好处。3D打印带来更短、更好的阻抗匹配转换，直接的好处是降低每个芯片到芯片或芯片到板转换的损耗，使得整体设备效率和性能提高。

根据3D科学谷的了解，Optomec 的Aerosol Jet® 工艺的工作原理是将极细的纳米粒子导电墨水液滴从最远 10 毫米的距离喷射到电路板和组件上，可以产生宽度为 10 微米的导电特征。Optomec 的新型 Aerosol Jet® HD2 打印机具有超高打印分辨率和集成的基于视觉的对齐方式。Optomec 进一步提供预认证的打印配方和应用程序库，以提供可用于生产的整体解决方案。

 多材料3D打印加快发展

根据ACAM亚琛增材制造中心在2021年formnext深圳展会上关于《增材制造技术“深潜”-前沿发展趋势》的分享，3D打印-增材制造的发展趋势朝向多维度的深化层面，当前的一大发展趋势包括多材料发展趋势，发挥3D打印实现复杂产品的优势（包括几何特征的复杂性，以及多材料结合的复杂性）是3D打印突破当前应用对经济性要求的限制，向应用端深度延伸走向产业化的一条发展路径。

Optomec 已向全球 200 多家大型客户交付了 500 多套专有的增材制造系统，用于电子、能源、生命科学和航空航天行业的生产应用。其用户包括通用电气、三星、雷神、西门子、洛克希德，以及美国空军、美国海军、美国陆军和 NASA等。

2021年9月Optomec还宣布其长期生产客户之一最近又购买了五 (5) 台 Aerosol Jet 3D 电子打印机，随着时间的推移，其总数量达到 15台设备。超过 100 万美元的订单是量产计划的一部分，该计划将在未来 12 个月内增长到超过 25 台设备采购。该客户是全球领先的电子系统和其他先进技术产品制造商，年销售额超过 200 亿美元。自 2018 年以来，他们一直在生产中使用 Optomec 获得专利的 Aerosol Jet 3D 打印电子解决方案，用于专有移动设备终端产品中的先进半导体封装应用。

Optomec 获得专利的 Aerosol Jet 3D 电子打印机是一种独特的增材电子解决方案，能够直接打印高分辨率导电电路，特征尺寸小至 10 微米。该工艺的进一步区别在于其能够打印到非平面基材和全三维终端部件上。生产应用包括 3D 天线、3D 传感器、医疗电子、半导体封装和显示器组装的直接打印。

半导体封装的一个主要高价值用例是打印 3D 互连，以将芯片连接到其他芯片、传统电路板，甚至直接集成到可穿戴设备等终端产品中。在这种情况下，该工艺取代了传统的丝焊，因为它具有更小的空间要求、更低的损耗（特别是在高频和毫米波中）和更高的机械可靠性。

Optomec微米级的气溶胶喷射技术是由该公司成熟的气溶胶喷射精细打印解决方案与一种可实现快速即时凝固的原位固化专有技术相结合而来的。与其他高分辨率3D打印技术的不同之处在于，其他3D打印技术是在进行全面的材料沉积之后再根据图案局部固化，而气溶胶喷射技术则是进行局部材料沉积和局部固化，这使得整个过程在材料的消耗方面更加经济，同时也是该技术实现高分辨的关键。

早期使用Optomec气溶胶喷射3D打印技术的客户已经将该技术应用到智能设备和微流控领域。使用该技术可以在无需添加支撑结构的情况下使用光聚合物等材料打印出微米级的高纵横比以及拥有不规则形状的3D结构。通过将这些3D结构直接喷印在天线、传感器、半导体芯片、医疗设备或工业零部件等结构上，在一台设备上即可制造出功能性3D电子组件。这种直接的数字方法优化了制造工艺，减少了生产步骤和材料用量，因此气溶胶喷射3D微结构打印技术也是一种经济的、绿色技术。

根据ACAM亚琛增材制造中心，增材制造在多功能材料方面的愿景为无限组合的材料与技术，而最终的目标是点击即生产。ACAM亚琛增材制造中心定义达到这个愿景的进阶过程包括5个梯度，当前的世界范围内的发展大多还处在Level 0的水平，Level 0为功能化增材制造过程，Level 1为可预测的增材制造过程，Level 2为自动化的增材制造过程，Level 3为全自动化的增材制造包括前处理与后处理，Level 4为集成化的全自动化不同制造工艺的组合。

3D打印在电子产品领域如何突破Level 0的水平，走向Level4集成化的全自动化不同制造工艺的组合，3D科学谷的《3D打印与电子产品白皮书》通过持续更新，紧握3D打印发展与应用端结合发展趋势的脉搏，敬请持续关注！

Additive Manufacturing Conference增材制造国际会议 (ICAM) 是 ASTM AM CoE 的旗舰活动，每年举行一次。这是一个交流关于增材制造材料和组件的想法的论坛，重点是行业标准、设计原则以及资格和认证标准。ICAM国际会议设计有多个专题讨论会，吸引了来自增材制造所有适用领域的利益相关者。2021年ICAM召开在即-11月1-5日，（该活动可通过https://amcoe.org/ewd选择Additive Manufacturing Conference，或直接访问https://amcoe.org/icam2021，注册付费成功后在线播放。

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3D打印在多材料打印发展方面不仅仅包括3D打印混合材料、梯度合金、还包括将智能感应器“植入”到打印过程中，形成智能化的产品。本期，3D科学谷与谷友通过Optomec的最新市场发展，来洞悉3D 打印电子产品生产的现状与下一步发展。

Optomec 拥有多项专利，并在其专有的气溶胶喷射工艺和设备方面拥有多项待批专利

多材料3D打印的加速发展结构

根据3D科学谷的市场观察，近日，Optomec宣布，其长期生产客户之一最近又购买了五 (5) 台 Aerosol Jet 3D 电子打印机，随着时间的推移，其总数量达到 15台设备。超过 100 万美元的订单是量产计划的一部分，该计划将在未来 12 个月内增长到超过 25 台设备采购。

 Optomec 3D打印应用

该客户是全球领先的电子系统和其他先进技术产品制造商，年销售额超过 200 亿美元。自 2018 年以来，他们一直在生产中使用 Optomec 获得专利的 Aerosol Jet 3D 打印电子解决方案，用于专有移动设备终端产品中的先进半导体封装应用。

 更微小 、更灵活

Optomec 获得专利的 Aerosol Jet 3D 电子打印机是一种独特的增材电子解决方案，能够直接打印高分辨率导电电路，特征尺寸小至 10 微米。该工艺的进一步区别在于其能够打印到非平面基材和全三维终端部件上。生产应用包括 3D 天线、3D 传感器、医疗电子、半导体封装和显示器组装的直接打印。

半导体封装的一个主要高价值用例是打印 3D 互连，以将芯片连接到其他芯片、传统电路板，甚至直接集成到可穿戴设备等终端产品中。在这种情况下，该工艺取代了传统的丝焊，因为它具有更小的空间要求、更低的损耗（特别是在高频和毫米波中）和更高的机械可靠性。

Optomec微米级的气溶胶喷射技术是由该公司成熟的气溶胶喷射精细打印解决方案与一种可实现快速即时凝固的原位固化专有技术相结合而来的。与其他高分辨率3D打印技术的不同之处在于，其他3D打印技术是在进行全面的材料沉积之后再根据图案局部固化，而气溶胶喷射技术则是进行局部材料沉积和局部固化，这使得整个过程在材料的消耗方面更加经济，同时也是该技术实现高分辨的关键。

早期使用Optomec气溶胶喷射3D打印技术的客户已经将该技术应用到智能设备和微流控领域。使用该技术可以在无需添加支撑结构的情况下使用光聚合物等材料打印出微米级的高纵横比以及拥有不规则形状的3D结构。通过将这些3D结构直接喷印在天线、传感器、半导体芯片、医疗设备或工业零部件等结构上，在一台设备上即可制造出功能性3D电子组件。这种直接的数字方法优化了制造工艺，减少了生产步骤和材料用量，因此气溶胶喷射3D微结构打印技术也是一种经济的、绿色技术。

 其修远兮的材料组合之路

Optomec 是一家私营的、快速发展的增材制造系统供应商。Optomec 用于印刷电子产品的专利气溶胶喷射系统，以及用于金属部件生产和维修的 LENS 和 Huffman 品牌 3D 打印机，被行业用于降低产品成本和提高性能。总之，这些独特的打印解决方案适用于最广泛的功能材料，从电子墨水到结构金属甚至生物物质。Optomec 已向全球 200 多家大型客户交付了 500 多套专有的增材制造系统，用于电子、能源、生命科学和航空航天行业的生产应用。根据3D科学谷的了解，Optomec 的用户包括很多大型制造公司，如通用电气、三星、雷神、西门子、洛克希德和光宝集团，以及美国空军、美国海军、美国陆军和 NASA。

根据ACAM亚琛增材制造中心，增材制造在多功能材料方面的愿景为无限组合的材料与技术，而最终的目标是点击即生产。ACAM亚琛增材制造中心定义达到这个愿景的进阶过程包括5个梯度，当前的世界范围内的发展大多还处在Level 0的水平，Level 0为功能化增材制造过程，Level 1为可预测的增材制造过程，Level 2为自动化的增材制造过程，Level 3为全自动化的增材制造包括前处理与后处理，Level 4为集成化的全自动化不同制造工艺的组合。

3D打印在电子产品领域如何突破Level 0的水平，走向Level4集成化的全自动化不同制造工艺的组合，3D科学谷的《3D打印与电子产品白皮书》通过持续更新，紧握3D打印发展与应用端结合发展趋势的脉搏，敬请持续关注！

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 可控孔隙率的微晶格结构

在微观尺度上，如果它们的电极具有孔隙和通道，则锂离子电池容量可以大大提高。交叉几何形状虽然确实允许锂在充电和放电期间有效地通过电池传输，但并不是最佳的。

卡内基梅隆大学机械工程副教授Rahul Panat和卡内基梅隆大学的研究人员与密苏里科学技术大学合作，开发了一种革命性的新方法，即3D打印电池电极，可创建具有可控孔隙率的3D微晶格结构。研究人员在发表在增材制造杂志上的一篇论文中展示了这种微晶格结构的3D打印，极大地提高了锂离子电池的容量和充放电率。

“对于锂离子电池，具有多孔结构的电极可以带来更高的充电容量。”Panat说，“这是因为这种结构允许锂穿透电极体积，从而导致非常高的电极利用率，提高储能容量。在普通电池中，总电极体积的30-50%未被利用。我们的方法克服了这个问题，通过使用3D打印，我们创建了一个微晶格电极架构，可以在整个电极上有效地传输锂，这也提高了电池的充电速率。”

Panat的论文中介绍的增材制造方法代表了打印3D电池架构复杂几何形状的重大进步，以及几何优化电化学储能3D配置的重要一步。研究人员估计，该技术将在大约2 – 3年内准备好转化为工业应用。

用作锂离子电池的电极的微晶格结构(Ag)显示出以几种方式改善电池性能，例如与固体块(Ag)电极相比，具体容量增加四倍并且表面容量增加两倍。此外，电极在40个电化学循环后保留其复杂的3D晶格结构，证明了它们的机械强度。因此，电池可以具有相同重量的高容量，或者相同的容量，大大减轻了重量 —— 这是运输应用的重要属性。

卡内基梅隆大学的研究人员开发了自己的3D打印方法，以创建多孔微晶格架构，同时利用Aerosol Jet 3D打印系统的现有功能。气溶胶喷射系统还允许研究人员在微观层面上打印平面传感器和其他电子设备，该设备于今年早些时候部署在卡内基梅隆大学工程学院。

到目前为止，3D打印电池的工作仅限于以挤压为基础的打印，其中材料线从喷嘴挤出，形成连续的结构。使用这种方法可以实现交叉结构。通过在Panat实验室开发的方法，研究人员能够通过将各个液滴逐个快速地组装成三维结构来对电池电极进行3D打印。所得到的结构具有使用典型挤压方法不可能制造的复杂几何形状。

“因为这些液滴彼此分离，我们可以创造出这些新的复杂几何形状。”Panat说，“如果这是一种单一的材料流，就像在挤压印刷的情况下，我们就无法制造它们。这是一个新的东西。我不相信直到现在才有人使用3D打印创造这些复杂的结构。“

这种革命性的方法对于消费电子、医疗设备行业以及航空航天应用非常重要。该研究将与需要小型化电池的生物医学电子设备很好地集成。非生物电子微器件也将从这项工作中受益。由于使用这种方法打印的电池重量轻、容量大，电子设备、小型无人机和航空航天应用本身也可以使用这种技术。

以上来源：前瞻网

 电池制造的颠覆趋势

目前我们使用的电池主要有三大不足之处：充电时间往往以小时计；充电和放电的次数是有限的，因此寿命相对比较短；不环保，回收时需要特殊的、昂贵的处理过程。

根据3D科学谷的市场观察，3D打印用于电池的制造可以划分为两大派系，第一大派系如正文说提到的通过创建复杂的几何形状提升锂电池的容量和充放电效率。第二大派系是通过3D打印诸如石墨烯等其他材料来寻找一种替代锂电池的方法。

2016年，澳大利亚斯威本大学（Swinburne University）的研究人员通过3D打印石墨烯薄片，发明了一种全新而且应用广泛的能源存储技术（从技术上讲，是一种超级电容器），可容纳更大的电荷能量，并且在一秒钟内完成充电。

而根据3D科学谷的市场观察，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）于2015年4月就取得石墨烯材料应用的突破，实验室的科研人员以石墨烯气凝胶做为3D打印的材料，并按照设计好的架构进行3D打印。打印出的石墨稀微格具有优异的导电性和表面积，可以作为存储能量的新载体，并可用于传感器、纳米电子学、催化、分离等应用。

这种石墨烯材料的3D打印电池由于充电和放电不会降低电池的质量，所以这些电池理论上可以反复充电使用持续一辈子。考虑到不用频繁抛弃充电电池对环境带来的威胁，这一优点使得3D打印新型超级电池的商业空间更具想象力。

 更加集成的制造推动产品改头换面

关于卡内基梅隆大学所使用的Optomec的气溶胶喷射3D打印技术（Aerosol Jet）， 这种技术不会改变承印物和油墨的物理性能和化学性能。Optomec的5轴3D打印设备工作原理是将打印材料雾化成一个密集的气溶胶液滴。这种液滴混合惰性气体，通过打印头挤出固化。该设备可打印10微米-1毫米宽的材料，打印材料包括导电油墨、粘合剂、聚合物、电介质、胶粘剂等，从而制造表面不平坦的电子内件和印刷线路板。该技术可以打印更小的、更高性能的移动电子设备。

随着3D打印技术包括FDM熔融挤出技术、SLS选择性激光烧结技术、SLA光固化技术、以及多喷头3D打印技术等技术在电池和电子结构件方面的应用深化，根据3D科学谷的市场研究与预测，生活中的很多电子产品有一天将会发生改头换面的变化：手机屏幕也将可折叠，通过3D打印柔性材料以及更强大的电子元件，将手机电池、天线、电子元器件作为一个整体制造出来；而像助听器这类的电子产品或许可以通过3D打印电池、电子元器件以及助听器外壳一次性完成。

参考资料：

- Printing Batteries，New inks and tools allow 3-D printing of lithium-ion technology by Mike Orcutt，MIT Technology Review

- Mean Lightweight, Longer-Lasting Electronics By Stephanie Mlot, geek.com

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应变仪一般又称作电阻应变仪，被广泛用于材料的力学性能检测。实际使用时，它会被贴在物体表面。一旦受到力的作用，其中的电阻便会改变。而通过测量这种改变就能计算出应变值的大小。

应变仪通常由固体材料制成，并且有一个性能方面的通用标准 — 泊松比（材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，是反映材料横向变形的弹性常数），而它就代表了应变仪的最大灵敏度。固体材料的最大泊松比约为0.5。但利气溶胶喷射3D打印方法，CMU团队创建出了一种新的多孔膜结构，具有更高的泊松比。

气溶胶3D打印通过数字控制空气动力学聚焦，精确地将电子墨水沉积到基础材料上。通过纳米颗粒的受控烧结，整个过程可以确定固体结构的确切孔隙度。这帮助CMU团队成功优化了在应变仪中使用的薄膜的结构收缩量。而这个量越大，应变仪的灵敏度就会越高。

得益于薄膜的高孔隙率，研究人员实现了有效值高达0.7的泊松比。这意味着对于一个给定的薄膜，可以实现高出40％的横向收缩量，而这就能有效提高应变仪的灵敏度。

值得一提的是，这项研究还成功改善了应变仪的耐高温性 — 采用传统结构的应变仪很容易受热变形导致测量错误，但新的3D打印应变仪就不会有这样的问题。这无疑就进一步扩大它们的潜在应用范围。

来源：南极熊

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根据科学杂志“先进能源材料”（National Energy Materials）发表的一项新研究，空军研究实验室（AFRL）的研究人员正在采用3D打印方式，获得太阳能电池，并且他们发现了这其中大量未开发的应用潜力。

“太阳能是丰富的，它是免费的，”，AFRL制造局的项目科学家Bag说。 “太阳能电池可以以环保的方式发电，但目前复杂的制造成本使得技术成本高昂，我们正在研究材料和制造技术的新途径，使其成本更低。”

在蓬勃发展的太阳能产业中，效率是成功的关键因素，但并不是一个容易达到的途径。自从20世纪50年代人们开始研究太阳能电池以来，这项技术仍然复杂而且劳动密集。其中包括纯硅必须从原始材料中提取（石英砂是最常用的两种材料之一），然后转化成薄晶片。随后通过化学品处理这些硅晶片以形成极化电场。半导体、电池被封装在专门的支撑系统中，以便组成一个光伏模块，从而收集并将阳光的能量转换成电流。

使用太阳能的固有成本并不高，但与制造过程相关的高昂成本是广泛采用太阳能发电的严重障碍。

图片：传统方式制造的太阳能

Bag的团队一直在努力探索创新解决方案。 “如果你想让太阳能发电具有市场竞争力，你需要使太阳能电池更有效率和更具成本效益，”Bag说,“硅电池使用纯无机材料，本质上非常困难，我们需要一种易于打印的材料，同时能够捕获阳光。”

找到合适材料的机遇很快就出现了 – 这种材料可以为无机、硬质硅提供可行的替代品。 薄膜钙钛矿被证明具有优异的光吸收能力和强大的功率转换效率。然而，最近才被考虑作为太阳能发电能力的材料，Bag的研究专注于通过超声波雾化钙钛矿前体材料，这使得可以将细小的气溶胶微滴转移到气溶胶喷射喷墨打印机喷嘴中。在CAD建模提供的路径指引下，材料可以按照一定的方式涂覆到适当的表面上，从而创建一个太阳能电池。

应用前景可能是无穷无尽的，使用这种材料和3D打印工艺，AFRL发现可以制造用于在衣服上的柔性太阳能电池。还可以用到自动机器人、发光装置，甚至灵活的自供电传感器上。

可以肯定的是，研究还处于初级阶段，但新制造过程的潜在影响是不能低估的，因为这其中成本节约可能是巨大的。

 3D科学谷REVIEW

关于3D打印在太阳能领域的应用，国际上已经出现了各种解决方案。

2015年，澳洲的一支科学家团队研发出一种薄如纸片的有机可打印太阳能板，它甚至能为一整栋摩天大楼提供能源。研发者希望能够在不远的将来，以低能源为应用起点，逐步实现这种新型发电装置的商业化制造。这项技术可有效减少发达国家对传统能源的依赖，同时，也能为发展中国家提供一种经济、可实行的电力来源。与传统太阳能电池板不同的是，这些太阳能电池纸可以在包括玻璃和屋顶等实际的房屋位置上被直接打印出来。除了用在大型建筑物上，研发者还试图尝试将这些单元用于小物体，比如风靡全球的iPad。如果这一设想能实现，那么iPad的表面、笔记本背包和手机外壳将不仅仅充当包裹作用，它们还可以成为能源收集器，为这些可移动设备提供电能。

2015年，宾州州立大学（PennStateUniversity）联合伊利诺伊大学、UrbanaChampaign和3D打印光学器件厂商LUXeXcel的研究人员通过3D打印开发出更经济高效的太阳能系统。为了让CPV在普通的屋顶上使用，研究者将小型化的砷化镓光伏电池、3D打印的塑料透镜阵列和一个可移动的聚焦机构结合在一起，以减少CPV系统的大小、重量和成本。这些电池都小于1平方毫米，经过批量制造出来之后，然后将其以阵列的形式转移到一种薄玻璃或塑料片材上面。为了将太阳光聚焦在电池阵列上，研究人员将它们嵌入到一对3D打印的塑料透镜阵列之间。顶部透镜阵列中的每个小透镜的作用就像一个小放大镜，而底部阵列的小透镜则起到凹面镜的功能，两者正好匹配。而微型太阳能电池正好位于两个透镜中间的焦点处，在这个位置阳光被增强了超过200倍。而且在一天之内随着太阳的移动，中间的太阳能电池板沿着轨道在小透镜阵列之间横向滑动，因为焦点的位置在移动。

2015年，西班牙的Oxolutia公司也利用3D打印技术研制出了令一种全新的光电池：Solar Oxides。Solar Oxides意为太阳能氧化物，这是一种非常柔性的光伏太阳能电池，可通过3D打印制造。工程师团队使用了喷墨3D打印技术，该技术可以精确控制液滴在对象表面上的沉积，然后开发人员结合化学溶液沉积方法制造出氧化物薄膜，这些薄膜正好是太阳能电池所需要的。

不仅仅是国外的公司在3D打印太阳能电池方面取得了一系列的进展，我国的华中科技大学也在这个领域获得了突破。目前研究的钙钛矿电池主要沉积在导电玻璃(FTO，ITO)上，由于玻璃的易碎性，大大的限制了钙钛矿电池的应用。可穿戴电子设备的逐渐发展，柔性光电子器件研发受到了人们的重视。钙钛矿电池属于薄膜电池，其在一定程度上具有弯曲的能力，因而，柔性钙钛矿电池器件的制备成为可能。

华中科技大学针发明了柔性钙钛矿太阳能电池的结构，其目的在于通过采用高电导率的金属作为底电极取代传统的导电性较差的ITO，减小底电极电阻，使其具备制备大面积器件的潜能。3D科学谷了解到华中科技大学还通过采用无需高温加热的掺杂电子收集层收集电子，解决了柔性基底耐热性差的难题。华中科技大学的柔性钙钛矿太阳能电池可以应用在曲面墙壁，汽车顶端等不能用刚性材料的发电装置上，能够在不影响器件性能的情况下弯曲。

或许，随着这些研究的深入，让覆盖有太阳能电池板的汽车实现晴天无限里程的畅弛不再是梦想。

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这项3D打印技术合作计划整合Optomec－激光净型打印熔覆头（LPE，LENS Printing Engine）与东台精机－立式五轴加工机的生产能力，形成崭新的混合增材制造设备（Additive machine hybrid，AMH-350），其复合设备于3月7-12日的「TIMTOS 2017台北国际工具机展」首波亮相，并由德智达科技提供独家销售服务。

增材制造伙伴-Optomec为美国知名的工业级设备供应商，在全球3D电子打印和金属打印制造系统具有领先的地位；东台精机是台湾最大的工具机制造商；德智达科技则为亚洲3D打印跨领域应用专家及3D医疗领导厂商，市场聚焦于中高端产业应用，如精密机械、半导体、航天工业、3D电子线路打印等领域。通过Optomec、东台精机与德智达科技三强联手，现阶段将为亚洲市场提供独特创新加工工艺的设备。

德智达科技表示，此次3D打印技术合作计划对于工业4.0智慧制造是个非常重要的一个阶段，AMH-350为全新革命性的增材与减材复合加工设备，具备五轴智能化增减材复合制造过程，包含3D打印、修补、激光表面熔覆等工艺，均可以在一台设备内完成，满足客户对于一站式加工生产需求，缩短制造时间、降低材料成本，适用于航天、电子、汽车、生医及模具产业等复杂与精密零件的五轴加工，并搭载自动化工艺模块交换系统，完全性地提升整体生产性能。

来源：德智达科技

燃气涡轮发动机工作时，燃烧气体的温度可能超过3000F。此外，涡轮机组件可能会遇到压力/或各种应力使其加速老化。虽然可以使用各种工具在相对标准的环境中来测量叶片的工作状态，涡轮发动机的涡轮部件还是可能会遇到更热和/或更具腐蚀性的工作条件，而不适合这样的测量工具正常工作。因此，耐高温和耐腐蚀的陶瓷应变传感器在检测叶片的运行方面具有很强的技术优势。

2017年1月17日GE获得批准的专利中，公开了用于制造涡轮机部件上的应变传感器的方法。该方法包括涡轮部件的外部表面规划，和如何将陶瓷材料沉积到外部表面指定的位置上。专利还公开了一种监测涡轮部件的方法，该方法包括形成至少两个参考点的应变传感器。

应变传感器的陶瓷粉体通过自动化的3D打印增材制造工艺沉积到叶片表面上，陶瓷材料可以包括热障涂层如氧化钇及稳定的氧化锆。而一些特殊的涡轮部件位置上则不需要热障涂层。

而完成应变传感器的制造则需要不同设备之间的配合，包括气溶胶喷射机（例如，Optomec气溶胶和透镜系统）、微喷机（如Ohcraft或nScrypt公司的微笔或3Dn），以及 MesoScribe Technologies技术公司的等离子喷涂设备MesoPlasma。

Optomec气溶胶喷射技术用于感应器的制造是被证明的成熟技术，之前斯旺西大学的研究人员就通过Optomec气溶胶喷射技术直接打印应变和光学蠕变传感器，用在喷气发动机的压缩机叶片表面上。使用激光检测系统和光学测量的传感器，研究人员能够确定一个组件的蠕变程度在10纳米以内。威尔士打印和涂层中心研究人员（WCPC）认为这使得叶片的状况可以被监测，且提高燃油效率以及提高发动机运行温度。

打印传感器的过程开始于用雾发生器雾化纳米银导电墨水，先是通过流空气动力学诱导沉积头，产生鞘气环状流。通过喷嘴对准基板以同轴流量集中喷射。材料的图案是通过数控命令来完成的，而在基板保持固定的同时，沉积头和基板之间的距离保持不变，以确保的材料准确的沉积。

油墨沉积后，再经过热处理，使得传感器具有正确的导电性和机械性能。另外局部处理是可能的，使用激光处理工艺，允许使用的材料具有非常低的温度公差。最终的结果是高质量的薄膜，细如10纳米的边缘定义带来高性能的表现。

虽然WCPC研究人员正在使用纳米银油墨，这种材料到250摄氏度的时候是稳定的，他们也正在开发的纳米铂墨水高温构件（1200摄氏度）。如果获得成功将具有十分的意义，因为传感器的温度限制是航空航天工业的一个主要问题。

有趣的是Optomec在2015年就获得了GE和欧特克的投资，看来GE在通过使用Optomec的技术的过程中发现了这项技术的市场潜力。从而通过其GE Venture Capital抢占在投资市场上的先机，而随着GE此项专利的获批，Optomec技术的商业应用空间进一步被大开，GE Venture Capital的投资回报率更加明晰。3D科学谷认为GE通过下游应用端对前沿技术的尝试，在打造其产业链上各个业务单元之间的相辅相成、相互借力方面的水平是很多公司望洋兴叹的。

3D科学谷认为相信随着GE申请此项技术的专利获批，我们将会看到GE将涡轮叶片上打印高温陶瓷传感器技术用于实际的生产，而传感器将被广泛应用到如汽车，消费电子，工业自动化，电信，建筑自动化，航空航天和国防，医疗，铁路领域。尤其是在消费类电子设备领域需求潜力很大，如移动电话，媒体播放器，智能电视，家庭影院系统，数码相机，洗衣机，可穿戴设备，游戏设备等。或许，下一步会有更多的类似专利产生，而我们离全面物联网的时代又更进一步了。

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这项专利对公司很重要，因为他们开始提供工业用3D打印头可打印电子。它包括一个微型浮质喷嘴的打印头，这是比目前市场上现有的喷嘴更小更轻。这项专利也将允许在更狭小的空间内的3D打印电子，如凹腔。这种技术可以在几个关键产业产生深远影响。

Mike Renn博士，Optomec首席技术官说，“微型浮质喷嘴打印头可用于许多应用程序。也可以为大批量应用进行并行处理，提高吞吐量，如打印触摸显示屏。并且，阵列不一定是线性的；对于一个特定的应用程序的多个打印头的自定义布局也是一个选择。展望未来，气溶胶喷射可以打印不同的材料，在这种情况下，气溶胶的喷墨打印机可以生产复杂的多材料的多层器件，如晶体管，电容器，传感器和电阻。”

Optomec公司，在1997年推出了他们的首台增材制造系统。自那时起，已经在15个不同国家拥有超过150家不同公司的客户。

Aerosol Jet 5X可以在200mm×300mm×200mm的空间范围打印10微米到1毫米宽的材料，五轴运动平台可以加工包括导电油墨、粘合剂、聚合物、电介质甚至胶粘剂等，从而可以制造表面不平坦的电子内件和印刷线路板。

Aerosol Jet 5X气溶胶喷射技术的工作原理是将打印材料雾化成一个密集的气溶胶液滴，大小在1到5微米之间。这种液滴混合惰性气体，通过打印头挤出固化。Optomec公司声称对Aerosol Jet 5X气溶胶三维打印技术拥有多项专利，目前提供四种技术平台与装备型号。

另外还可以通过可扩展的四打印头版本，完全集成到大批量的生产平台和应用。

Industrial additive manufacturing equipment manufacturer Optomec has just introduced a new platform with applications for 3D printing micro-electronics, antennas, sensors and circuits on uneven surfaces using five different axis of movement. Optomec developed the Aerosol Jet 5X for use in the small-scale personal electronics market and they hope it will aid in the development of smaller and more advanced smart phones, tablets, laptops and sensors.

The Aerosol Jet 5X is capable of printing between 10 microns to up to a millimeter in width within a print envelope of 200mm x 300mm x 200mm (7.8inch x 11.8inch x 7.8inch). The 5-axis motion platform allows materials including conductive inks, dielectrics, polymers and even adhesives to be 3D printed along uneven surfaces such as electronic internals and circuit boards

Aerosol Jet technology works by atomizing and converting the printing material into a dense aerosol consisting of droplets between 1 to 5 microns in size. This gas is mixed with an inert carrier gas that pulls it into the printing head where it is extruded out at an extremely high velocity onto the printing surface. Optomec has claimed several patents on aerosol 3D printing and currently offers four different platforms equipped with the technology.

Additionally you can fully integrate the Aerosol Jet 5X into the Optomec Marathon Print Module which can convert the technology into a low volume production line. There is also a scalable version of the print module that can be configured with four print heads, allowing full integration into high volume production platforms and applications.