借鉴复印机 ,研究人员开发
3D 打印新模式

译自：2014 年 12 月 6 日【英国】http://www.economist.com/
编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心 胡泊 李苑

     自古登堡印刷机 1439 年发明至今,印刷产业已经历了数百年历史，从活字印刷发展到平版印刷再到丝网印刷。在数字化时代，人们发明了激光和喷墨打印技术。而未来，3D 打印将实现把固体材料打印成型的愿望。目前，有一组研究人员正研究将 3D 打印用于生产高精尖电子设备。

     目前，3D 打印技术已经能制造电子标签等基本电子产品，但距离制造价值数十亿美元的大型电子制造流水线还相差甚远。最近，英特尔发布了 14 纳米工艺制造的新芯片，该技术能够使单一芯片集成上千组件。

     传统上，芯片是通过对单晶硅进行切割，切割完毕后的单晶硅由机器人安装到电路板上，然后再将电路板组装成电子设备。而来自施乐公司下属的加州 Palo Alto 研究中心(PARC)的一个团队，则研发出另外一种制造方式，他们将单晶硅切割后溶解成液体，即电子墨水。之后， 将电子墨水放置于 3D 打印机中直接打印电子设备。

     这种制造方式有两大优势：一是一些尖端设备的核心配件可以通过这种方式制造，意味着高性能的电子设备可以被打印出来；二是这种方式可以用软件来控制制造过程， 使电子设备制造不必受制于那些垄断大部分工业技术的发达经济体。正如激光打印出的文件可以保证每一页文字丝毫不差，通过这种方式打印出的电子设备能在不增加额外成本的前提下保证生产质量。因为更改软件设置，要比改造工厂流水线上的设备容易很多。

电子设备生产多样化

     这种技术的出现，提供了单一设备生产多种电子产品的可能性。从此，无论是短期生产或者一次性生产，都不需要额外花费成本购置或改造生产设备。这种生产的灵活性，对一些高附加值、低产量的专业生产商极有价值。

     但该技术仍停留在理论阶段。该团队现在面临的最大难题是在打印过程中如何将电子墨水准确放置到合适位置。为解决这一问题，他们想到了静电复印技术（xerography），该技术最早由施乐公司（Xerox）发明并用于复印机制造。PARC正是由激光打印领域的佼佼者施乐公司于 1970 年创建，并作为独立研究公司运营。

     静电复印技术通过静电排列增色剂（一种粉状墨水）来构成图像。之后，通过强光将图像投射到高感光材料上（或者通过激光投射），然后生成静电场并将增色剂微粒有选择性的吸引到感光材料的特定区域并生成图像，生成的图像通过滚轴加热的方式复制到打印纸上。

     增色剂粒子只需要被引导到正确位置即可，但芯片则必须经过正确引导才能组装。研究人员在每个芯片表面绘制了一种特有的电荷分布排列，以使芯片能够在静电场的作用下被吸引到正确的位置，最终通过滚轴生成基板。在这一基础上，基板通过光刻法或喷墨法进行组装打印。

     该团队的最终想法是使以上所有制造过程都集成到一台机器里。就像复印机一样，人们并不需要了解复印机的工作原理但照样能够使用它。

技术前景光明

     短期内，这种机器很难制造出来。该研究团队在第一次实验中，打印出仅带
有四个微芯片的电子设备。虽然这种水平的打印技术尚算不上什么突破，但仍足以证明：基于静电复印技术设计制造电子设备的 3D 打印机是可行的。该团队现在正致力于打印出精度更高，芯片数量更多的电子产品。他们也在积极寻求能将其技术用于实际生产的机会。

     PARC 电子打印项目负责人 Janos Veres 说，这项技术可以将传感器等部件直接打印在设备上。这正是一些产业，如航空和自动化产业所急需的技术。此外，该项技术还可以用于直接打印大尺寸液晶屏幕。

     项目总负责人 Eugene Chow 补充说，“我们的技术不仅仅是简单地将处理器和存储芯片融合成电子墨水。重要的是，不同的电子墨水可以具有不同的功能，比如有的具有光学功能，有的具有压电功能（piezoelectric），有的具有微机械功能（micromechanical），就像喷墨打印机不同颜色的墨水一样。尽管未来路还很长，但我们认为，这项技术将产生重大影响，必将成为革命性的生产工具。”