CBN記者 黃俊杰

　　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。或者，按照幾位大學研究人員的想法，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[微博]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。