可溶性3D印刷电子产品：终结电子废物

马里兰大学和佐治亚理工学院的工程师们合作创建了第一个可溶性3D打印电子产品。这种新工艺重新思考了可回收性的概念，将其与制造过程相结合，创造了一个无缝的循环经济。以下是可溶性3D打印电子产品如何激发新一代可持续设备和更多产品的灵感。

电子废物是一个主要问题

世界正在面临技术问题。不是当前和最新版本，而是过时和破损的物品继续填满垃圾填埋场。今天的电子产品有很多有价值的部件，但由于其制造方法，几乎不可能或非常不划算花时间通过回收来取回这些物品。因此，这些设备很快就变成了垃圾。
根据世界卫生组织的说法，电子废物是全球污染的主要贡献者。最近的一份报告显示，今年将有大约6500万吨电子废物被丢弃。遗憾的是，这代表着比去年的废物统计数据增加了300万吨。这些统计数据揭示了一个危险的趋势，即不到22%的电子废物被回收。

计算机芯片废物和环境影响

当您深入研究被浪费的物品类型时，您可以看到计算机芯片是最流行和对环境最有害的物品之一。当前行业标准的计算机芯片依赖于FR-4。这种材料是通过将玻璃纤维织物和环氧树脂结合而成的。然后，芯片在两侧都涂上铜箔。

应对电子废物挑战

已经有很多尝试来减少全球产生的电子废物数量。这些方法包括重新思考制造过程、研究环保材料替代品以及寻找更便宜的替代方案。
然而，在减少浪费的道路上仍然存在着重大的障碍。首先，回收方法太昂贵，需要特殊机械，限制了只有工业参与者的访问。另外，回收过程可能需要将废物收集和运输长距离，增加了成本和风险。

昂贵的方法

另外，当前的方法围绕着利用热量来分离有价值的组件和芯片的可回收部分。这种方法可以在回收过程中产生有毒烟雾和其他污染物，抵消了其益处。另外，它非常耗能，使其非常昂贵地运行。
电子废物回收策略中的另一个主要问题是，这些设备是为满足产品特定设计而创建的。因此，它们可以以各种方式和使用材料组合在一起，使得在回收过程中更难以分离。

可溶性3D打印电子产品研究

“DissolvPCB：具有液态金属导体和PVA基板的完全可回收3D打印电子产品”研究，该研究在UIST 2025上发表，介绍了一种新型的设计和制造方法，使得核心部件的低成本回收成为可能。新的芯片设计，称为DissolvPCB，是第一个完全可回收的PCB，提供了与传统FDM芯片相同的性能。

Source – Arxiv

DissolvPCB

增强的设计、制造和回收工作流程将PVA基FDM 3D打印与EGaIn液态金属电路相结合，提供了类似的性能，从可重用的平台中获得。令人印象深刻的是，团队利用了商用FDM 3D打印机来创建新的芯片。

PCBA复合材料

该过程的第一步是发现一种可以创建稳定的3D可打印电路板的更好的材料。经过大量研究，团队决定使用一种新的PCB复合材料，该材料将水溶性聚乙烯醇（PVA）作为其基材。

可溶性3D打印电子产品线路

对于线路，团队使用了一种特殊的丝材，称为EGaIn（共晶镓-铟）。这种材料是一种可塑的液态金属，可以直接从3D打印机中应用。它具有导电性，类似于铜，可以应用于几乎任何形状，使其成为微芯片的理想材料。

电子元件

此外，电气元件是在3D打印过程之后手动添加到芯片上的。然后，团队应用了一种聚合物粘合剂密封剂，旨在保持湿气。应用后，密封剂层和芯片被加热到60°C，持续1小时，以完成该过程。

溶解微芯片

DissolvePCB 名副其实。它可以通过将其浸泡在水中 24-36 小时来完全重新处理。更令人印象深刻的是，PCB基板可以被收集和重复使用作为新的芯片的打印丝材。另外，使用 EGaIn 制成的线路可以分离成小的金属滴，可以与手动放置的元件一起收集和重复使用。

设计可溶性3D打印电子产品

为了设计他们的新芯片，团队决定创建一个特殊的 CAD 升级。开源 FreeCAD 插件使工程师可以轻松地将传统的电路图转换为可以自动 3D 打印的设计。这种方法将有助于减少新用户的采用并使工程师更容易创建三维电路图，从而显著扩大其使用场景。

可溶性3D打印电子产品测试

作为测试阶段的一部分，团队创建了几个设备。这些设备包括蓝牙扬声器、手指玩具和抓握手。值得注意的是，蓝牙扬声器具有双面 PCB，手指玩具利用了 3D 电路。团队构建并测试了这些设备，与使用传统芯片的设备进行比较。

可溶性3D打印电子产品测试结果

测试结果显示，新的芯片设计在性能方面与其前身相当。它提供了类似的功能，可以轻松地替换传统的芯片，而不会出现任何问题。这一发现为未来的应用打开了大门。

可溶性3D打印电子产品的优点

可溶性3D打印电子产品有很多好处。最明显的好处是该过程将减少填满世界的电子废物。该简单的增材制造工艺将回收融入其核心设计中，创造了一个循环经济和减少浪费。

广泛可用

该研究的另一个主要好处是，它依赖于广泛可用的材料和工艺。所有材料，甚至打印机，都可以在当地商店或在线购买。未修改的商用打印机的成本不高，可以根据需要适应专用任务。

灵活性

DissolvPCB 为新水平的灵活性打开了大门。首先，CAD 升级使工程师能够轻松地创建通过孔（THT）和表面安装（SMD）芯片设计。它们还可以创建单面或双面组装，使这些芯片能够在未来找到几乎所有电子设备中的位置。

可扩展性

工程师工作的另一个主要优点是该工艺的可扩展性。由于回收过程不需要特殊机器、热量或化学品，因此可以轻松扩展到工业应用。因此，似乎这种策略可能是未来防止浪费的最佳选择。

实用应用和可溶性电子产品的时间表

可溶性电子产品有很多实用应用。首先，它们非常适合原型设计和研究目的。在研发过程中会产生大量的浪费。这种芯片设计非常适合实验，因为它消除了浪费并允许在设计和应用中具有完全的灵活性。

工作3D打印电子产品

这种制造方法可以与其他打印方法结合使用，创建功能性电子产品。当与具有可编程机械行为的打印设计结合使用时，该制造策略可以实现复杂的打印，可以用于从计算机芯片到一次性传感器的所有内容。

医疗应用

如果工程师能够找到一种可靠的方法来防止预先暴露于湿气中，这些芯片对于医疗应用来说将是理想的。有一些医疗设备，例如起搏器，需要侵入性手术来植入和移除。

一次性电子产品

另一个主要用途将是在一次性电子产品的世界中。一次性电子产品，例如电子烟和其他设备，可以在其生命周期中创建。这些设备可以在其生命周期中轻松回收，开启了真正的一次性电子产品的未来。

可溶性3D打印电子产品时间表

您可以预计这些芯片将在未来5年内进入电子产品。对于可回收芯片的需求很强烈，这种方法提供了工程师需要的灵活性和性能。他们的工作将有助于激发可持续的制造实践。

可溶性3D打印电子产品研究人员

马里兰大学、佐治亚理工学院和其他机构的工程师们共同努力，将可溶性3D打印电子产品研究带到了光明。论文列出了Huaishu Peng、Zeyu Yan、SuHwan Hong、Huaishu Peng、Tingyu Cheng和Josiah Hester为主要贡献者。

可溶性3D打印电子产品的未来

DissolvPCB的未来取决于一些关键因素。首先，团队需要做更多的工作来证明他们的新芯片设计的可靠性和耐用性。另外，他们必须继续探索方法，以确保芯片在回收之前避免暴露于湿气中。

投资半导体制造

半导体制造领域有很多公司。这些公司在电子和科技领域发挥着至关重要的作用，驱动着今天最先进的设备。以下是一家仍然是芯片制造创新力量的公司。

高级微设备公司

高级微设备公司于1969年5月1日成立，旨在为初生的计算机市场提供可靠的半导体。该公司由杰里·桑德斯和一组来自仙童半导体的工程师创立。
高级微设备公司凭借1970年发布的Am9300移位寄存器而一举成名。到1982年，该公司已与行业领袖英特尔和其他公司签订了协议。这种战略伙伴关系有助于进一步提高品牌认知度和市场定位。