(Phys.org) —Dans le cadre d'un projet de démonstration de nouvelles techniques d'impression 3D, Les chercheurs de Princeton ont intégré de minuscules diodes électroluminescentes dans une lentille de contact standard, permettant à l'appareil de projeter des faisceaux de lumière colorée.

Michael McAlpine, le chercheur principal, averti que l'objectif n'est pas conçu pour une utilisation réelle - d'une part, il nécessite une alimentation externe. Au lieu, il a déclaré que l'équipe avait créé l'appareil pour démontrer la capacité d'« imprimer en 3D » l'électronique dans des formes et des matériaux complexes.

"Cela montre que nous pouvons utiliser l'impression 3D pour créer des composants électroniques complexes, notamment des semi-conducteurs, " a déclaré McAlpine, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial. « Nous avons pu imprimer en 3D un appareil entier, dans ce cas une LED."

La lentille de contact rigide est en plastique. Les chercheurs ont utilisé de minuscules cristaux, appelés points quantiques, pour créer les LED qui ont généré la lumière colorée. Des points de différentes tailles peuvent être utilisés pour générer différentes couleurs.

"Nous avons utilisé les points quantiques [également appelés nanoparticules] comme encre, " a déclaré McAlpine. "Nous avons pu générer deux couleurs différentes, orange et vert."

La lentille de contact fait également partie d'un effort continu visant à utiliser l'impression 3D pour assembler divers, et souvent difficiles à combiner, matériaux en dispositifs fonctionnels. Dans un passé récent, une équipe de professeurs de Princeton, dont McAlpine, a créé une oreille bionique à partir de cellules vivantes avec une antenne intégrée capable de recevoir des signaux radio.

Yong Lin Kong, un chercheur sur les deux projets, a déclaré que l'oreille bionique présentait un type de défi différent.

"L'objectif principal du projet d'oreille bionique était de démontrer la fusion de l'électronique et des matériaux biologiques, " dit Kong, un étudiant diplômé en génie mécanique et aérospatial.

Kong, l'auteur principal de l'article du 31 octobre décrivant les travaux en cours dans la revue Lettres nano , dit que le projet de lentilles de contact, d'autre part, impliquait l'impression d'électronique active en utilisant divers matériaux. Les matériaux étaient souvent mécaniquement, incompatibles chimiquement ou thermiquement, par exemple, l'utilisation de la chaleur pour façonner un matériau pourrait détruire par inadvertance un autre matériau à proximité. L'équipe a dû trouver des moyens de gérer ces incompatibilités et a également dû développer de nouvelles méthodes pour imprimer l'électronique, plutôt que d'utiliser les techniques couramment utilisées dans l'industrie électronique.

"Par exemple, il n'est pas anodin de modeler un revêtement fin et uniforme de nanoparticules et de polymères sans l'intervention des techniques classiques de microfabrication, pourtant l'épaisseur et l'uniformité des films imprimés sont deux des paramètres critiques qui déterminent les performances et le rendement du dispositif actif imprimé, " dit Kong.

Pour résoudre ces défis interdisciplinaires, les chercheurs ont collaboré avec Ian Tamargo, qui a obtenu cette année un baccalauréat en chimie; Hyoungsoo Kim, un chercheur associé postdoctoral et expert en dynamique des fluides au département de génie mécanique et aérospatial; et Barry Rand, professeur adjoint de génie électrique et du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement.

McAlpine a déclaré que l'une des plus grandes forces de l'impression 3D est sa capacité à créer de l'électronique sous des formes complexes. Contrairement à la fabrication électronique traditionnelle, qui construit des circuits en assemblages plats puis les empile en trois dimensions, Les imprimantes 3D peuvent créer des structures verticales aussi facilement qu'horizontales.

"Dans ce cas, nous avions un cube de LED, ", a-t-il déclaré. "Certains câblages étaient verticaux et d'autres horizontaux."

Pour mener la recherche, l'équipe a construit un nouveau type d'imprimante 3D que McAlpine a décrit comme "quelque part entre le standard et vraiment sophistiqué". Dan Steinart, un professeur assistant de génie mécanique et aérospatial et le Centre Andlinger, aidé à concevoir et construire la nouvelle imprimante, dont McAlpine a estimé le coût à environ 20 $, 000.

McAlpine a déclaré qu'il n'envisageait pas de sitôt l'impression 3D remplaçant la fabrication traditionnelle dans l'électronique; au lieu, ce sont des technologies complémentaires aux atouts très différents. Fabrication traditionnelle, qui utilise la lithographie pour créer des composants électroniques, est un moyen rapide et efficace de faire plusieurs copies avec une très grande fiabilité. Les fabricants utilisent l'impression 3D, qui est lent mais facile à changer et à personnaliser, pour créer des moules et des modèles pour le prototypage rapide.

Les utilisations principales de l'impression 3D sont des situations qui demandent de la flexibilité et qui doivent être adaptées à un usage spécifique. Par exemple, les techniques de fabrication conventionnelles ne sont pas pratiques pour les dispositifs médicaux qui doivent être adaptés à la forme particulière d'un patient ou pour les dispositifs qui nécessitent le mélange de matériaux inhabituels de manière personnalisée.

"Essayer d'imprimer un téléphone portable n'est probablement pas la solution, " a déclaré McAlpine. " C'est la personnalisation qui donne le pouvoir à l'impression 3D. "

Dans ce cas, les chercheurs ont pu personnaliser l'électronique d'impression 3D sur une lentille de contact en balayant d'abord la lentille, et réinjecter les informations géométriques dans l'imprimante. Cela a permis l'impression 3D conforme d'une LED sur la lentille de contact.