導體墨水誕生后，普通噴墨打印機也能在幾分鐘時間內完成柔性電路板的制作，讓柔性可穿戴設備的研發(fā)速度和成本成倍改善。

在這個幾乎家家都有平板電腦的時代，買一臺噴墨打印機有什么用？打印工作文件、幫孩子準備資料、偶爾打兩張照片，最終可能只是放著落灰?；蛘撸凑諑孜淮髮W研究人員的想法，它也可以成為個性化生產的重要組成部分。

　　來自佐治亞理工學院、東京大學和微軟(37.4, 0.32, 0.86%)研究院的多位研究人員最近找到了一種快速開發(fā)電子設備的技術，能夠直接通過家用噴墨打印機制作電路板。

　　搭配低價3D打印機和激光切割技術所制作的外殼，這種技術有望進一步降低硬件創(chuàng)業(yè)的研發(fā)門檻，幫助創(chuàng)業(yè)者快速實踐想法、改進設計，最終帶來創(chuàng)新的智能玩具或者可穿戴設備。

　　隨便拆開一臺電腦或者手機，你都會看見一塊或者多塊PCB電路板。PCB電路板一般是綠色，但也常被處理成紅、藍、黑或者設計師想要的任何其它顏色。 不論處理器的供電，還是各組件之間的信號傳輸，都通過這些小板子上印著的金屬線完成。它們往往在巨大的車間里由專業(yè)的設備批量生產完成。

　　大規(guī)模生產開始前，開發(fā)者需要先制作幾塊電路板來測試設計，然后根據測試結果修改設計。這個過程被稱為打樣或者原型制造。

　　大學實驗課和產品研發(fā)最初階段常用面包板打樣。用戶在一塊密布接口的白板上插入電線、傳感器、電阻等元件，模擬最終電子產品的表現。在面包板上改動設計非常方便，但它的體積巨大，而且可靠性和性能也和成品不符，開發(fā)者遲早還是得在PCB印刷電路板上打樣。

　　為了幫助創(chuàng)業(yè)者和研究人員快速生產電路板，有公司提供了在線提交設計，生產完成后快遞給用戶的服務。但這樣的生產模式至少需要一天以上才可能拿到電路板，嚴重拖慢了產品的研發(fā)速度，改兩次設計就需要一周時間。

　　隨著3D打印機和激光切割機成本的下降，硬件創(chuàng)業(yè)者已經能夠在一天時間內嘗試多種不同的外殼設計。PCB電路板漫長的加工周期已經成為創(chuàng)業(yè)型硬件產品設計之初的一個短板。

　　“我們認為應該帶來一種快速打樣、定制PCB板的方法，”佐治亞理工學院交互計算機學院教授格雷戈里·阿寶德(Gregory Abowd)認為這種技術應該更快更便宜，“便宜到任何想要實踐的人都能負擔的地步。”

　　材料科學方面的最新突破讓阿寶德的想法成為可能。三菱研究人員武宣芳樹發(fā)明了一種不需要高溫處理，干燥后經過化學反應產生導電性的導體墨水。它將直徑小于0.1微米的銀納米粒子溶解于含有聚合物膠乳的特殊溶劑，墨水干燥后數秒便會產生導電性。

　　為了確保導體墨水能夠順暢地從打印機的噴嘴噴出，三菱對墨水粘度、表面張力、揮發(fā)性和顆粒尺寸進行了優(yōu)化，批量生產的版本每100毫升售價2萬日元。用作電路板打印時，1毫米寬的電路每米平均5美分，成本并不高。

　　研究人員在多款家用噴墨打印機上測試了這種導體墨水，發(fā)現出墨量較大的噴墨打印機都能正常使用，最便宜的一款不到100美元。研究人員用針管將導體墨水注入干凈的空墨盒。為避免漂浮物混入墨水影響導電性，注入過程中需要使用一次性過濾管。

　　導體墨水需要紙張有較低的電阻，同時還得避免墨水擴散以保證導電性。表面處理是必需的，實驗發(fā)現光面照片打印紙、透明的PET塑料膠片都能滿足電路打印需求。這些材料都是柔軟、可彎曲的，適合柔性可穿戴電子設備的研發(fā)。這是一般PCB板定制服務所無法提供的。

　　電路打印本身并不需要特殊的軟件，開發(fā)者只要將設計好的電路圖轉換成點陣圖片即可使用。但打印出來的電路厚度不能太薄，太薄就無法確保導電性。因此打印時得選擇照片模式，此時打印機會將青、紅、黃三塊區(qū)域的導體墨水混在一起組成黑色，出墨量高于只使用黑墨盒的文字模式。

　　研究人員發(fā)現，噴墨打印而來的電路板的電阻會隨著時間的流逝而變化，在7個月后會增加15%。這是銀納米粒子氧化之后的結果，會影響電路板的長期使用。解決方案也很簡單，直接用家用照片塑封機在電路板上壓一層薄膜便可以有效阻止氧化。

　　電路板只是基礎而已，打印完成以后的下一步是安裝處理器、電阻、傳感器之類的元件。傳統(tǒng)PCB板的元件都通過焊接的方式固定上去，非常牢固。但焊接需要至少180℃的高溫，會破壞電路板底部的紙張并影響已經凝固的電路。

　　研究人員找到的解決方法是通過導電銀膠粘住元件，這是最牢固的安裝方法。在65℃的烘箱里，導電銀膠能夠在十幾分鐘時間里固定元件。此外3M生產的導電雙面膠，也能用于固定元件。

　　除了電路板本身，開發(fā)者也可以直接噴墨打印出簡單的天線，甚至觸控傳感器。比如在兒童玩具上加裝觸控按鈕，在感受觸摸后播放音樂。這類天線和傳感器的打印成本往往只有數十美分。

　　電子電路板生產是一個龐大的市場，去年產值94億美元。施樂實驗室(PARC)也進行了類似的嘗試，在今年推出了一種名為銀彈(Silver Bullet)的導電墨水，能夠直接在塑料片上打印電路。打印完成后的塑料電路板需要以150℃的高溫加熱數小時才能安裝元件。此外施樂的新材料需要使用 來自富士等公司的工業(yè)級打印機，造價通常超過5萬美元。

　　相比施樂的專用噴墨打印設備，佐治亞理工學院的解決方案只要300美元，打印速度也更快。

　　1988年，施樂實驗室首席科學家馬克·韋澤(Mark Weiser)提出普適計算的概念—大量可穿戴設備、平板設備和大屏幕交互設備的誕生將把計算機帶入用戶周遭的一切。韋澤的預言已經在逐漸變成現實。

　　參與該項目的東京大學助理教授川原弘相信自己的研究正是通向普適計算的重要一步。今年普適計算大會上，川原弘發(fā)表了一篇論文詳細講述即時噴墨打印電路技術的細節(jié)和前景。他在論文里寫道：“研究中用到的所有材料都是市面上可以直接買到的物品，你可以直接在家進行實驗。這種方法能夠以極低的成本打印電路 板、傳感器和天線，帶來很多新機遇。”

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