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Oportunidades para la electrónica de fabricación aditiva

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La electrónica de fabricación aditiva es un enfoque emergente que lleva la electrónica impresa a la tercera dimensión. La impresión tanto del material estructural como de las trazas conductoras ofrece ventajas como una amplia libertad de diseño, iteraciones rápidas de desarrollo y dispositivos más compactos.

IDTechEx divide el sector en dos aspectos: "totalmente aditivo" e "impresión en superficies 3D". Ambas tienen múltiples oportunidades de aplicación que se desarrollarán en la próxima década.

Fabricación electrónica totalmente aditiva
Si se imprimen tanto los aspectos estructurales como los electrónicos de un componente, el proceso de fabricación puede considerarse "totalmente aditivo". Este enfoque de fabricación ofrece una gran libertad, ya que no hay restricciones en cuanto a la distribución de las trazas conductoras dentro del dieléctrico estructural impreso. Esto permite obtener características como antenas helicoidales, condensadores integrados y vías en relieve que son difíciles o imposibles de producir con los métodos convencionales. Además, si se desea, se pueden incorporar componentes SMD dentro de la estructura.

Entre las aplicaciones de la fabricación electrónica totalmente aditiva se encuentra la creación de prototipos de circuitos, ya que los complejos circuitos multicapa pueden producirse internamente con mucha más rapidez que enviar los diseños a una empresa de prototipos externa. Otra aplicación prometedora con un mercado potencialmente enorme es el encapsulado de productos electrónicos avanzados, en el que las matrices desnudas se incrustan dentro de una estructura impresa que contiene finas trazas electrónicas. Una de las ventajas de este enfoque sobre el encapsulado electrónico convencional es que los circuitos integrados de silicio pueden colocarse más juntos, lo que hace que todo el sistema sea más compacto.

Impresión en superficies 3D
La electrónica de fabricación aditiva también puede incluir la aplicación de funcionalidad electrónica a superficies 3D existentes. Por ejemplo, podrían imprimirse pistas conductoras en una pieza de plástico moldeada por inyección utilizando métodos como la impresión en aerosol o la extrusión de material. La durabilidad y la robustez pueden mejorarse imprimiendo un material dieléctrico en la parte superior. Además, los componentes SMD pueden montarse en la superficie 3D utilizando adhesivos pick-and-place y conductivos. Este método es muy prometedor para añadir componentes electrónicos a piezas más grandes, en las que el tiempo de impresión del plástico estructural sería prohibitivo.

Una de las principales aplicaciones de este método es la sustitución del cableado en productos de consumo, vehículos e incluso aviones. En la actualidad, la instalación del cableado es una laboriosa tarea manual, con la posibilidad de cometer errores y provocar cortocircuitos si los cables se rozan entre sí. La impresión del cableado directamente sobre una superficie de plástico en 3D permite automatizar el proceso y aumenta la durabilidad, ya que las trazas conductoras quedan en última instancia incrustadas dentro de un material dieléctrico.

Incorporación de la microfluídica y la fotónica
A medida que la fabricación aditiva de productos electrónicos se consolida, es probable que se incorpore una gama cada vez mayor de funcionalidades dentro del componente fabricado aditivamente. Esto podría incluir la microfluídica, con sensores eléctricos, actuadores piezoeléctricos e incluso otros componentes MEMS embebidos dentro de un artículo 3D, predominantemente de plástico. El laboratorio en un chip para el diagnóstico médico y los sensores portátiles para el análisis del sudor son dos aplicaciones prometedoras.

La electrónica de fabricación aditiva también es compatible con las estructuras fotónicas, aunque esto requerirá generalmente mejoras en las resoluciones de impresión de los elementos dieléctricos y conductores. Algunos ejemplos de aplicaciones potenciales son los sensores fotónicos, en los que el índice de refracción de una vía óptica se modifica por la temperatura o la absorción de gases, y, en última instancia, los componentes optoelectrónicos.

Hoja de ruta para la adopción
Teniendo en cuenta el estado actual de desarrollo y los requisitos adicionales, como el rendimiento y la resolución de la fabricación, el gráfico siguiente muestra una hoja de ruta para una serie de aplicaciones electrónicas de fabricación aditiva. Los prototipos de circuitos ya se comercializan, mientras que los dispositivos integrados con muchas funcionalidades diferentes son probablemente los más difíciles de desarrollar.

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