一如既往，我为人类惊人的创造力而惊叹，我为自己是其中的一员而感到自豪。我这么说的原因是，我的眼睛刚刚被一种革命性的新型超高分辨率3D打印技术所提供的大量生产可能性所打开，这种技术可以改变和改变广泛的行业，包括半导体和显示器制造业。
在最近的专栏中-欢迎来到可重构智能表面的世界-我提到了一个事实:“有些人倾向于用‘时代’来谈论，比如石器时代、青铜时代、铁器时代和工业时代。还有人谈到前机械时代、机械时代、机电时代和电子时代。有些人可能会谈论计算机时代、数据时代或信息时代。就我个人而言，我相信我们很快就会打开我称之为材料时代的大门，作为这个时代的一部分，我们将有能力在工业规模上一个原子一个原子地‘打印’新材料。”好吧，我们还没到那一步，但我准备传授的消息肯定会让我们更接近一大步。
这一切都是从我看到一篇关于一家瑞士公司的新闻稿开始的Scrona AG)获得了数百万美元的资助。一般来说，我很少关注商业方面的事情，因为我只对一家公司有很酷的技术感兴趣。这当然是一项很酷的技术。在前面提到的新闻稿中，真正吸引我眼球的是Scrona的联合创始人兼首席执行官Patrick Galliker博士的评论:“Scrona使客户能够在任何材料上大规模地数字打印不可能的事情……”和大多数工程师一样，我也相信这句话:“我们立即完成不可能的事情;奇迹需要更长的时间才能出现。”所以我决定要发现更多的东西，不久之后，我就与帕特里克和斯克罗纳首席运营官沃尔特·布劳恩(Walter Braun)进行了视频会议。
在我们继续之前，我想公开声明，我对今天的喷墨打印机印象深刻，它们通过微型喷嘴喷射液体墨水来发挥它们的魔力。你必须记住，我早期的职业生涯涉及到asr33电传打字终端，就像坐在我办公室角落里的那个。这些小美女，使用连续的(折叠式)的纸，只能打印字母、数字和标点符号——每行72个字符，每英寸10个字符。即使有这些限制，我记得人们创造了非常复杂的(有时，惊人的大)图像的形式ASCII艺术无论是从远处看，还是眯着眼睛近距离看，都能看到令人惊叹的美景。
Dag Hammarskjöld, 1961-62电传打印机打印输出
(图片来源:Jonn Leffmann/Wikipedia)
我记得当时ASCII艺术是最先进的，相对于我们大多数工程人员希望创造的那种图像。现在，当然，我们有前面提到的喷墨打印机，可以让我们创造出高分辨率的图像，但我们谈论的是多高的分辨率，关于3D打印和增材制造的限制是什么，还有什么替代方案?很高兴你这么问。下面是基于压电的喷墨技术和Scrona的NanoDrip技术的对比图。
基于压电的喷墨技术(左)与Scrona NanoDrip技术(右)的比较(图片来源:Scrona)
现在，我相信你会反对别人叫你任何形式的点滴，但我想我可以说服你，最酷最性感的点滴形式是纳米点滴。正如我们将要讨论的，当涉及到使用打印技术来创建电子系统和显示时，这一切都归结于水滴是如何产生的，以及你可以强迫这些小流氓变得多小。
恐怕读上图中的文字有点棘手，但我会尽我所能解释到底发生了什么。让我们从左边的压电喷墨机开始。这使用了推从精细的微流体结构中排出墨水滴(蓝色部分)的机制，我们可以称之为喷嘴。在每个喷嘴内，我们有压电元件(黄色所示)，产生压力。挤压压电材料会使其产生电势。相反，对压电材料施加电势会使其变形，在这种情况下产生压力波——如果你愿意，也可以称为压力脉冲——在墨水中传播。
墨水本身本质上是“机械”系统的一部分。压力的主体(红色的大区域)包围着压电元件。墨水对压力波的阻力从它产生的地方到喷嘴末端需要它的地方，消耗了大量的能量，并对喷嘴直径的大小造成了限制。一个相关的观点是，喷墨打印机的设计有一个非常窄的粘度窗口(通常非常低)，它可以工作，这限制了我们可以使用的墨水。相对较少的能量会到达墨水的边缘(墨水边缘的细红线)。在这一点上，力是均匀分布的，结果是随后的液滴与喷嘴的直径大致相同。
现在，让我们把注意力转向斯克罗纳的纳米滴漏技术。同样，力发生器是黄色的。然而，在这种情况下，这些力发生器，本质上是静电的，位于喷嘴的外部。这些小家伙产生的静电场拉将油墨(蓝色)挤出喷嘴，从而便于使用粘度较高的油墨。此外，力的积累和表达在墨水的最尖端，这成为驱动元件，导致小得多的液滴可以实现比传统的喷墨。
结果是>的分辨率和粘度提高100%。例如，喷墨打印机支持~50 μ m的最大分辨率，而NanoDrip技术提供<0.5 μ m(我被告知，原则上可以实现0.05 μ m)。在粘度的情况下，我们可以覆盖一个范围，跨越相当于水(普通墨水)到蜂蜜。反过来，这意味着NanoDrip打印头可以与目前市场上数百家供应商提供的所有专业墨水一起工作，包括具有金属性质的墨水、具有绝缘性质的墨水和具有半导体性质的墨水——基本上我们需要以电路和显示器的形式创建电子产品的任何东西。
除了超高分辨率打印(比喷墨打印高100倍)，该技术还支持高速打印，因为更小的液滴干得更快，导致每个打印头区域的吞吐量为10倍，因此我们可以谈论每个打印头1000个或更多喷嘴。同样令人感兴趣的是，这项技术支持3D打印，纵横比为>10:1，加上纳米厚度控制，这意味着我们可以增加轨道的导电性，而不消耗额外的衬底面积。
Scrona的NanoDrip技术打开了一系列令人难以置信的可解决市场和应用的大门-半导体，pcb和印刷电子，MEMS和传感器，显示器和触摸传感器等-使全新产品的生产成为可能，同时打破了现有的浪费制造流程。以今天的封装系统(SiP)模块为例，其中多个芯片(硅骰子)安装在一个公共衬底上。用于实现基板的设备可能要花费数千万美元。在衬底上创建一个单一的再分配层(RDL)可能需要多达22个步骤，这是对昂贵和/或有毒材料的浪费。相比之下，使用Scrona的NanoDrip打印头进行增材制造只需要两个步骤，从而将CAPEX(资本支出)削减10倍，OPEX(运营支出)削减5倍。
到目前为止，可以肯定地说，在这个领域，具有竞争力的增材制造要么精确，要么快速，但不能两者兼而有之。好了，现在是时候表演我们的快乐舞蹈了，因为-如下图所示- Scrona的多喷嘴打印头满足严格的精度和分辨率要求，同时扩展到大规模生产吞吐量。
NanoDrip的竞争优势(图片来源:Scrona)
我发现非常有趣的一点是，Scrona的男男女女并不想自己建造一切——他们很乐意专注于开发最新最好的打印头技术，并将他们的打印头集成到其他公司的产品中，从而使他们能够克服进入不同市场的高障碍。斯克罗纳公司的员工已经在与领先的设备制造商合作，创建标准化的工业打印头系统的概念，他们还与数字印刷、半导体和显示设备领域的一级领导者进行可行性研究。
就我个人而言，印象非常深刻。目前，我的脑子里充满了关于NanoDrip应用程序的想法(这不是你每天都能听到自己说的话)。我假设在您开始阅读本专栏之前，NanoDrip这个术语对您来说毫无意义。我希望你现在会同意我的观点，从今天起NanoDrip这个名字就变得很性感了。
