3D打印解决方案可保护电子设备免受静电释放影响

南极熊导读：静电释放（ESD）保护对于化学和电子行业来说是一个关键关注点。在电子领域，ESD常常导致集成电路损坏，因为带电物体（比如人的手指或工具）会迅速释放电压和电流。

2024年11月8日，南极熊获悉，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究团队成功开发出一种创新的3D打印技术，该技术能够生产具有定制孔隙结构的弹性硅胶泡沫，用于为电子产品中的敏感元件提供全面的机械和电气保护。新技术旨在减少设备和组件故障，避免由此产生的成本增加和潜在的工作场所伤害。

△相关研究已发布在《应用材料与界面》杂志，题目为“3D打印硅胶中的静电耗散”

技术研发背景

3D打印技术的飞速发展已经打开了制造具有复杂内部结构的蜂窝泡沫的大门，这些结构能够实现可定制的压缩机械性能。LLNL的研究人员巧妙地利用了这一技术，通过精确控制打印过程中的应力分布，设计出能够均匀分散应力的结构，从而有效防止了永久变形的发生。

此外，3D打印技术在材料属性方面的优势同样令人瞩目。研究人员能够运用定制树脂，通过调整其固有属性来精确控制材料性能，这些性能保持不变，不受材料数量的影响。

直接墨水书写（DIW）技术作为一种创新的挤出工艺，在3D打印领域中脱颖而出。这种技术允许逐层沉积具有特定流变特性的糊状材料，构建出复杂的三维结构。DIW特别适用于硅树脂等材料的打印，为3D打印技术的应用拓展了更多可能性。

△将单壁碳纳米管 (CNT) 掺入3D可打印硅氧烷弹性体中以消除静电示意图

创新硅树脂配方通过DIW技术实现ESD保护封装

在这项研究中，硅树脂因低挥发性、良好的弹性和广泛的热稳定性而受到青睐。通过直接墨水书写（DIW）技术，这些硅树脂已被成功加工并应用于可穿戴技术、软机器人以及其它结构部件。

为了实现防静电包装的DIW打印，研究团队进行了一系列混合研究，最终开发出一种独特的硅树脂配方。该配方融合了碳纳米管（CNT）浓缩物和流变改性剂（增稠剂），不仅确保了材料的可打印性，还满足了防静电（ESD）所需的导电性能。CNT作为控制静电积聚的优质导电添加剂，而流变改性剂则允许在高分辨率下3D打印出具有定制孔隙率的结构。

研究人员利用这种特殊配方的树脂，直接将ESD结构打印到电路板上。这种打印结构不仅为敏感电路提供了电气保护，还充当了缓冲垫的角色。为了测试性能，研究人员进行了锤击电路板的实验。

尽管该团队指出，未来仍需对打印结构进行改进，但初步测试表明，这些封装功能已经能够按照预期运行。这些封装技术可能对医疗设备、机器人以及其它专用设备的应用具有重要意义。

LLNL的研究成果不仅在保护电子设备方面具有潜在应用，还可能对航空航天、汽车、生物医疗设备等对材料性能要求极高的领域产生重要影响。随着3D打印技术的不断进步，我们有理由相信，未来会有更多创新应用的出现，为制造业带来革命性的变革。